Опыты Рэлея и Брейса

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис

Опыты Рэлея и Брейса — опыты, проведённые в 1902 и 1904 годах, направленные на то, чтобы показать, приводит ли сокращение длины к двулучепреломлению или нет. Это были одни из первых оптических экспериментов по измерению относительного движения Земли и светоносного эфира, которые были достаточно точными, чтобы обнаруживать величины второго порядка по v/c. Результаты были отрицательными, что имело большое значение для развития преобразований Лоренца и, следовательно, теории относительности. См. также Экспериментальная проверка специальной теории относительности.

Опыты

Для объяснения отрицательного рещультата опыта Майкельсона — Морли Джордж Фитцджеральд (1889) и Хендрик Лоренц (1892) ввели гипотезу сокращения длины, согласно которой тело сжимается во время своего движения через неподвижный эфир.

Лорд Рэлей (1902) интерпретировал это сжатие как механическое сжатие, которое должно приводить к оптической анизотропии материалов, поэтому разные показатели преломления должны вызывать двойное лучепреломление. Для измерения этого эффекта он установил трубку длиной 76 см на поворотном столе. Трубка закрывалась на концах стеклом и заполнялась сероуглеродом или водой, а жидкость находилась между двумя призмами Николя. Через жидкость свет (излучаемый электрической лампой и, что более важно, светом прожекторов) направлялся туда и обратно. Эксперимент был достаточно точным, чтобы измерить запаздывание 16000 от половины длины волны, то есть порядка 1,2⋅10-10. В зависимости от направления относительно движения Земли ожидаемое замедление из-за двойного лучепреломления составляло порядка 10−8, что вполне соответствовало точности эксперимента. Таким образом, помимо опытов Майкельсона — Морли и Троутона — Нобла, это был один из немногих экспериментов, с помощью которых можно было обнаружить величины второго порядка по v/c. Однако результат оказался полностью отрицательным. Рэлей повторил опыты со слоями стеклянных пластин (хотя и с уменьшенной в 100 раз точностью) и снова получил отрицательный результат[1].

Однако эти эксперименты подверглись критике со стороны ДеВитта Бристола Брейса (1904 г.). Он утверждал, что Рэлей не учёл должным образом последствия сжатия (0,5⋅10-8 вместо 10−8), а также показателя преломления, так что результаты не были окончательными. Поэтому Брейс проводил эксперименты с гораздо большей точностью. Он использовал аппарат, который был 4,13 м длиной, 15 см в ширину и 27 см глубиной, который заполнялся водой и мог вращаться (в зависимости от типа опыта) вокруг вертикальной или горизонтальной оси. Солнечный свет направлялся в воду через систему линз, зеркал и отражательных призм и отражался 7 раз так, что проходил в итоге 28,5 м. Таким образом, наблюдалось запаздывание порядка 7,8⋅10-13. Однако и Брейс получил отрицательный результат. Другая экспериментальная установка со стеклом вместо воды с точностью 4,5⋅10-11 также не дала признаков двойного лучепреломления[2].

Отсутствие двойного лучепреломления было первоначально интерпретировано Брейсом как опровержение сокращения длины. Однако Лоренц (1904) и Джозеф Лармор (1904) показали, что, когда поддерживается гипотеза сжатия и используется полное преобразование Лоренца (то есть включая временное преобразование), отрицательный результат можно объяснить. Кроме того, если принцип относительности с самого начала считать верным, как в специальной теории относительности Альберта Эйнштейна (1905 г.), то результат вполне ясен, поскольку наблюдатель, находящийся в равномерном поступательном движении, может считать себя покоящимся, а следовательно, не будет испытывать никакого эффекта от собственного движения. Таким образом, сокращение длины не может быть измерено сопутствующим наблюдателем и должно быть дополнено замедлением времени для несопутствующих наблюдателей, что впоследствии также было подтверждено опытами Троутона — Рэнкина (1908 г.) и опытом Кеннеди — Торндайка (1932 г.)[3][4][A 1][A 2].

Примечания

Вторичные источники
  1. ↑ Lord Rayleigh (1902). «Does Motion through the Aether cause Double Refraction?». Philosophical Magazine 4: 678–683. doi:10.1080/14786440209462891.
  2. ↑ Brace, DeWitt Bristol (1904). «On Double Refraction in Matter moving through the Aether». Philosophical Magazine 7 (40): 317–329. doi:10.1080/14786440409463122.
  3. ↑ Lorentz, Hendrik Antoon (1904), Electromagnetic phenomena in a system moving with any velocity smaller than that of light, Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences Т. 6: 809–831 
  4. ↑ Larmor, Joseph (1904). «On the ascertained Absence of Effects of Motion through the Aether, in relation to the Constitution of Matter, and on the FitzGerald–Lorentz Hypothesis» (PDF). Philosophical Magazine 7 (42): 621–625. doi:10.1080/14786440409463156.
Первичные источники
  1. ↑ Laub, Jakob (1910). «Über die experimentellen Grundlagen des Relativitätsprinzips». Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik 7: 405–463.
  2. ↑ Whittaker, Edmund Taylor. A History of the Theories of Aether and Electricity. — 1. Ausgabe. — Dublin : Longman, Green and Co., 1910.
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Опыты_Рэлея_и_Брейса&oldid=11405852