3. Лабораторные измерения.
В 1849 г. Арман Физо (1819 – 1896 гг.) впервые измерил скорость света, не прибегая к наблюдениям за небесными телами.
Луч света падал на
полупрозрачное зеркало
,
отразившись от которого попадал на край
быстро
в
ращающегося
зубчатого диска. Проходя между
зубцами, свет отражался от
зеркала
и
возвращался к диску. Если на пути пучка
оказывалась прорезь, то отраженный световой
импульс через полупрозрачное зеркало попадал
к наблюдателю. За время
прохождения светом участка
в прямом и обратном направлении
диск, вращаясь с угловой скоростью
,
успевал повернуться на угол
.
Если
- число зубцов, то угол между их серединами
равен
.
Свет попадал к наблюдателю в
тех случаях, когда за время
диск поворачивался на угол, кратный
,
т.е. выполнялось условие
,
или
.
В опыте Физо база
экспериментальной установки составляла
км. Измеренная таким способом скорость
света оказалась равной
км/с.
В дальнейшем этот опыт
совершенствовался, прежде всего, в части
использования различных прерывателей
светового пучка, и позволил получить
очень хорошие результаты. Так Фуко,
используя вращающееся зеркало, при базе
всего
получил в 1862 г.
км/с.
Майкельсон в 1927 г., проводя
измерения на усовершенствованной
установке с вращающимся зеркалом, в
которой свет проходил расстояние 22 мили
(35,4 км), получил результат, намного
превосходивший по точности все остальные:
км/с, который вошел в международные
таблицы физических величин.
Предельная скорость
Итак, свет (электромагнитные волны) в вакууме может распространяться только со скоростью . Может ли скорость чего-либо превосходить этот предел?
В 1964г. Бертоцци проделал опыт, в котором показал, что нельзя ускорить частицу до скорости, превышающей .
В ускорителе Ван-де-Граафа электроны ускорялись последовательно все более сильными электростатическими полями, затем они двигались с постоянной скоростью через пространство, свободное от электрического поля.
В эксперименте непосредственно
измерялось время пролета электронами
фиксированного участка
,
и, следовательно, их скорость, а
также
к
инетическая
энергия электронов, переходящая при
ударе о мишень в тепло.
Если через
сечение пучка пролетают за
секунду
электронов, то мощность, отдаваемая
пучком мишени, составляет
,
где
расстояние,
на котором разгоняется электрон, а
- разность потенциалов, приложенная на
этом расстоянии.
Значение , рассчитанное таким образом, с высокой точностью совпало с величиной поглощенной мощности, определенной с помощью термопары. Это говорит о том, что электроны отдали мишени всю кинетическую энергию, полученную в ходе их ускорения.
На основании представлений нерелятивистской механики следует ожидать, что
,
г
де
масса
электрона, не зависящая от его скорости,
и график зависимости квадрата скорости
электрона
от его кинетической энергии
должен
быть
представлен прямой линией.
Однако классический ход зависимости нашел
экспериментальное подтверждение лишь для энергий,
не превышающих
.
При более высоких энергиях
линейное соотношение между и экспериментально
не подтвердилось. Вместо этого наблюдали, что скорость
частиц при больших энергиях приближается к
предельной величине, равной
.
Результаты эксперимента позволяют сделать следующий вывод: электроны получают от ускоряющего поля энергию , соответствующую рассчитанной, но их скорость не увеличивается беспредельно, а стремится к некоторому конечному значению , являющемуся верхним пределом скорости частиц.