Главная >> В мире больших скоростей >> В лаборатории естествоиспытателя

3. Среда в качестве системы отсчета

Основываясь на опыте классической физики, исследователи ожидали найти ту единственную инерциальную систему, в которой скорость данного светового сигнала была бы равна с, тогда как во всех других инерциальных системах она должна была бы отличаться от с. В предыдущем параграфе мы предположили, что такой системой должна быть система отсчета, связанная с источником света. В этом случае мы ожидали, что скорость света будет зависеть от скорости движения источника. Однако наблюдения за двойными звездами не подтвердили этого предположения. Может быть, такой системой отсчета является среда, в которой распространяется свет?
 
В различных материальных средах свет распространяется со скоростью, меньшей с. Например, в воде скорость света равна 225 тыс. км/сек, в стекле — 200 тыс.  км/сек и т. д.  Число,  которое показывает, во сколько раз скорость света в дайной среде меньше скорости света в пустоте, называется показателем преломления этой среды и обозначается буквой n. Так, у воды показатель преломления n = 4/3, у стекла n = 3/2 и т. д. Показатель преломления для пустоты следует принять равным единице; показатель преломления воздуха практически такой же (точнее 1,00029). Это значит, что в пустоте и в воздухе свет практически распространяется со скоростью с.
 
Если системой отсчета, в которой измеряется скорость света, служит среда, то, конечно, нельзя ожидать, что в результате измерений мы получим скорость света, равную с. Естественно ожидать, что она получится в п раз меньше, т. е. скорость распространения света в среде с` = с/п. При помощи такого предположения физики надеялись выйти из затруднительного положения. Следует заметить, что само это предположение, в свою очередь, привело к целому ряду трудностей.
 
Как объясняли распространение света в вакууме, где отсутствует всякая среда? На этот вопрос ответить было еще нетрудно. До начала настоящего столетия физики верили, что и пустое пространство заполнено особой средой с показателем преломления, равным единице. Эту гипотетическую среду называли мировым эфиром. Видимый свет, а также и другие электромагнитные волны считали просто колебаниями эфира. Для объяснения экспериментальных фактов физики ввели понятие о мировом эфире. Без пего никак не могли обойтись, но в то же время его использование для объяснения явлений природы приводило все к новым трудностям. Вернемся к поискам системы отсчета для света. Просто и естественно было бы предположить,  что системой  отсчета,   в   которой свет распространяется во всех направлениях со скоростью с` — с/n, является среда (это значит, что системой отсчета, в которой свет распространяется в вакууме со скоростью с, служит мировой эфир). Однако это предположение приводило к странным выводам.
 
Представим две одинаковых движущихся друг относительно друга газовых среды. Согласно сделанному предположению, скорость света должна быть относительно обеих сред одной и той же с` (среды ведь одинаковы). Предположим теперь, что световой луч переходит из одной среды в другую. Что при этом увидит наблюдатель, находящийся вне этих сред?
 
Представьте себе, что Вы плывете на моторной лодке по озеру, причем скорость лодки относительно воды все время остается неизменной. Лодка приближается к устью реки, впадающей в озеро. Как только течение воды из реки подхватит лодку, наблюдатель на берегу увидит, что скорость лодки вдруг изменилась. То же самое должно произойти и при переходе светового луча из одной среды в другую. Вторая среда, которая движется относительно первой, захватит световой луч с собой. Наблюдатель должен заметить изменение скорости света на поверхности раздела сред. При этом изменение это должно быть связано с тем, что произошел скачок скорости света, величина которого не зависит от плотности сред (от показателя преломления n), а зависит только от относительной скорости сред.
 
Начнем теперь разрежать среды, движущиеся относительно друг друга. Скачок скорости света на поверхности раздела при этом не меняется. В конце концов мы придем к положению, когда вместо обеих сред будет пустота, а скачок скорости останется прежним. Свет, распространяющийся в пустом пространстве, без всяких причин изменяет скорость, т. е. результат окажется абсурдным. Наше предположение не верно. Системой отсчета, где свет распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью, не может быть среда. Может быть, мы где-нибудь в рассуждении сделали ошибку? Окончательный ответ, будет ли искомой системой отсчета среда или нет, может дать только сама природа. Рассмотрим некоторые конкретные опыты, которые были проделаны для решения этого вопроса.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: