Опыты Рэлея и Брейса
Эксперименты Рэлея и Брейса (1902, 1904) были направлены на то, чтобы показать, ли сокращение длины приводит к двойному лучепреломлению или нет. Это были одни из первых оптических экспериментов по измерению относительного движения Земли и светоносного эфира , которые были достаточно точными, чтобы обнаружить величины второго порядка после v/c. Результаты оказались отрицательными, что имело большое значение для развития преобразования Лоренца и, следовательно, теории относительности . См. также Тесты специальной теории относительности .
Эксперименты
[ редактировать ]Для объяснения отрицательного результата эксперимента Майкельсона-Морли Джордж Фитцджеральд (1889) и Хендрик Лоренц (1892) ввели гипотезу сжатия , согласно которой тело сжимается во время своего движения через неподвижный эфир .
Лорд Рэлей (1902) интерпретировал это сокращение как механическое сжатие, которое должно приводить к оптической анизотропии материалов, поэтому различные показатели преломления могут вызывать двойное лучепреломление . Чтобы измерить этот эффект, он установил трубку длиной 76 см на вращающийся стол. Трубка закрывалась с концов стеклом и была заполнена сероуглеродом или водой, причем жидкость находилась между двумя николевыми призмами . Через жидкость свет (создаваемый электрической лампой и, что более важно, светом прожекторов туда и сюда передавался ). Эксперимент был достаточно точным, чтобы измерить замедление 1/6000 × . половины длины волны , е порядка 1,2 т . 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, это был, помимо эксперимента Майкельсона-Морли и эксперимента Траутона-Нобла , 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 пластинок (правда, с уменьшенной в 100 раз точностью) и снова получил отрицательный результат. [1]
Однако эти эксперименты подверглись критике со стороны Девитта Бристола Брейса (1904). Он утверждал, что Рэлей не учел должным образом последствия сокращения ( 0,5 × 10 −8 вместо 10 −8 ), а также показателя преломления, так что результаты не были окончательными. Поэтому Брейс проводил эксперименты с гораздо более высокой точностью. Он использовал аппарат длиной 4,13 м, шириной 15 см и глубиной 27 см, который был наполнен водой и мог вращаться (в зависимости от эксперимента) вокруг вертикальной или горизонтальной оси. Солнечный свет направлялся в воду через систему линз, зеркал и отражающих призм и отражался 7 раз, проходя расстояние 28,5 м. Таким образом, достигается замедление порядка 7,8 × 10. −13 было заметно. Однако и Брейс получил отрицательный результат. Еще одна экспериментальная установка со стеклом вместо воды (точность: 4,5 × 10 −11 ), также не дало признаков двойного лучепреломления. [2]
Отсутствие двойного лучепреломления первоначально интерпретировалось Брейсом как опровержение идеи сокращения длины. (1904) показали Однако Лоренц (1904) и Джозеф Лармор , что, когда гипотеза сжатия поддерживается и используется полное преобразование Лоренца ( т.е. включая преобразование времени), тогда отрицательный результат можно объяснить. Более того, если принцип относительности с самого начала считать действительным, как в Альберта Эйнштейна специальной теории относительности (1905 г.), то результат вполне ясен, поскольку наблюдатель, находящийся в равномерном поступательном движении, может считать себя покоящимся и следовательно, не испытает никакого эффекта от своего собственного движения. Таким образом, сокращение длины не может быть измерено сопутствующим наблюдателем и должно быть дополнено замедлением времени для неспутствующих наблюдателей, что впоследствии также было подтверждено экспериментом Траутона-Рэнкина (1908 г.) и экспериментом Кеннеди-Торндайка (1932 г.). [3] [4] [А 1] [А 2]
См. также
[ редактировать ]Первоисточники
[ редактировать ]- ^ Лорд Рэлей (1902). . Философский журнал . 4 : 678–683. дои : 10.1080/14786440209462891 .
- ^ Брейс, ДеВитт Бристоль (1904). . Философский журнал . 7 (40): 317–329. дои : 10.1080/14786440409463122 .
- ^ Лоренц, Хендрик Антун (1904), , Труды Королевской Нидерландской академии искусств и наук , 6 : 809–831.
- ^ Лармор, Джозеф (1904). «Об установленном отсутствии эффектов движения через эфир в отношении строения материи и гипотезы Фитцджеральда-Лоренца» (PDF) . Философский журнал . 7 (42): 621–625. дои : 10.1080/14786440409463156 .
Вторичные источники
[ редактировать ]- ^ Лауб, Джейкоб (1910). «Об экспериментальных основаниях принципа относительности». Ежегодник радиоактивности и электроники . 7 : 405–463.
- ^ Уиттакер, Эдмунд Тейлор (1910). История теорий эфира и электричества (1. Изд. Аусгабе). Дублин: Лонгман, Грин и Ко.