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 c. Например, в воде скорость света равна 225 тыс. км/с, в стекле — 200 тыс. км/с 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 n раз меньше, т. е. скорость распространения света в среде с′ = c/n. 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 него 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 c′ — c/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 c′ (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.
В различных материальных средах свет распространяется со скоростью, меньшей c. Например, в воде скорость света равна 225 тыс. км/с, в стекле — 200 тыс. км/с 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 n раз меньше, т. е. скорость распространения света в среде с′ = c/n. 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 него 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 c′ — c/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 c′ (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.