29. Проблеми існування світового ефіру. Досліди Майкельсона й Морлі

Експеримент Майкельсона-Морлі — важливий для розвитку теорії відносності дослід, у якому не було виявлено руху Землі відносно ефіру. Експеримент здійснили в 1887 Альберт Майкельсон і Едвард Морлі. Альберт Майкельсон був нагороджений Нобелівською премією з фізики за 1907 з формулюванням: «за створення прецизійних інструментів та виконані з їх допомогою спектроскопічні і метрологічні дослідження», в якому прямо не згадується цей експеримент, але згадується винайдене для нього обладнання.

Мета досліду

Зі становленням електродинаміки в кінці XIX століття вважалося, що електромагнітні хвилі, а, отже, й світло, розповсюджуються в особливому невагомому пружному середовищі, яке називали ефіром. Оскільки Земля рухається навколо Сонця зі швидкістю понад 30 км/с, то виникали дві можливості: або ж вона рухається відносно ефіру, або ж вона захоплює ефір частково й тягне його за собою. Початково експеримент ставив собі завдання перевірки цих гіпотез.

30. Постулати спеціальної теорії відносності. Перетворення Лоренца

Спеціальна теорія відносності (СТВ) — фізична теорія, опублікована Альбертом Ейнштейном 1905 року. Вона фактично замінює класичну механіку Ньютона, яка на той час була несумісною з рівняннями Максвелла з теорії електромагнетизму.

Спеціальна теорія відносності не поширює дію своїх принципів на гравітаційні сили,тому в 1916 році Ейнштейн опублікував нову — загальну теорію відносності, яка пояснювала природу гравітації.

Постулати спеціальної теорії відносності

1. Перший постулат (принцип відносності)

Всяка фізична теорія має бути незмінною математично для будь-якого інерціального спостерігача

Жодна з властивостей Всесвіту не може змінитись, якщо спостерігач змінить стан руху. Закони фізики залишаються однаковими для усіх інерціальних систем відліку.

2. Другий постулат (інваріантність швидкості світла)

Швидкість світла у вакуумі є однаковою для всіх інерціальних спостерігачів в усіх напрямах і не залежить від швидкості джерела випромінювання. Разом з першим постулатом, цей другий постулат еквівалентний тому твердженню, що світло не потребує жодного середовища (такого як ефір) для розповсюдження.

Перетворення Лоренца це лінійні перетворення координат, що залишають незмінним просторово-часовий інтервал. Перетворення Лоренца зв’язують координати подій в різних інерціальних системах відліку та мають фундаментальне значення в фізиці. Інваріантність фізичної теорії відносно перетворень Лоренца, або релятивістська інваріантність, є необхідною умовою достовірності цієї теорії.

Властивості перетворень Лоренца

З формул перетворень легко побачити, що при граничному переході c→∞ до класичної механіки або — що те ж саме — при швидкостях значно менших швидкості світла формули перетворення Лоренца переходять в перетворення Галілея за принципом відповідності.

При V > c координати x, t стають уявними, що означає той факт, що рух зі швидкістю, більшою за швидкість світла в вакуумі, неможливий. Неможливо навіть використовувати систему відліку, яка б рухалась зі швидкістю світла, бо тоді знаменники у формулах дорівнювали би нулю.

На відміну від перетворень Галілея перетворення Лоренца некомутативні: результат двох послідовних перетворень Лоренца залежить від їх порядку. Математично це можна побачити з формального тлумачення перетворень Лоренца як обертань чотиривимірної системи координат, де, як відомо, результат двох обертань навколо різних осей залежить від порядку їх виконання. Виключенням з цього правила є лише перетворення з паралельними векторами швидкостей V₁||V₂, які еквівалентні поворотам системи координат відносно однієї осі.