Конференция по эксперименту Майкельсона-Морли, обсерватория Маунт Вилсон. Выступление П.С.Эпштейна (продолжение). 4 и 5 февраля 1927 г.

Материал из Эфирный ветер

Перейти к: навигация, поиск


[править] Конференция по эксперименту Майкельсона–Морли, состоявшаяся в обсерватории Маунт Вилсон, г. Пасадена, Калифорния, 4 и 5 февраля 1927 г.

[править] VII. Профессор Пауль С.Эпштейн, Калифорнийский технологический институт

Я не могу сообщить сегодня что-либо свое, а намереваюсь дать краткий обзор ряда недавних экспериментов, касающихся опыта Миллера, выполненного в основном вне Пасадены. Я дам краткое объяснение трех экспериментов, осуществленных Томашеком в Германии, Чейзом в Пасадене и Пиккаром в Брюсселе.

Рис. 14.14. Эксперимент Томашека с заряженным конденсатором: I — заряженный конденсатор; II — магнитная стрелка на подвесе

В одном из своих экспериментов Томашек использовал следующее устройство. В непосредственной близости от заряженного конденсатора I (рис. 14.14) подвешивалась магнитная стрелка II. Эксперимент был направлен на проверку старой идеи Рентгена, заключающейся в следующем. Заряженный конденсатор, будучи в движении, представляет собой систему параллельных токов, движущихся в противоположных направлениях. Эти токи образуют магнитные поля, влияющие на магнитную стрелку. Если конденсатор движется относительно эфира, то должно быть обнаружено отклонение магнитной стрелки. В действительности этот прибор не может обеспечить удовлетворительных условий для выбора между старой и новой теориями. Точный анализ показывает, что обе теории ведут к одинаковому результату, так как это эффект первого порядка. Объяснение отсутствия эффекта заключается в том, что движется не только конденсатор, но и индицирующая магнитная стрелка. Это вызывает второй крутящий момент, уравновешивающий первый. Более того, Томашек выполнял опыт с металлическим покрытием вокруг стрелки. В такой компоновке, исключающей все магнитные взаимодействия между I и II, он исключал любой эффект, который мог возникать без экранирования. Поэтому неудивительно, что он не получил положительного эффекта.

Томашек и независимо от него Чейз в нашей лаборатории повторили старый эксперимент Троутона и Нобля более точным, как они думали, способом. В его основе лежала следующая идея.

Рис. 14.15. Заряженный конденсатор в движении (92)

Предположим I (см. рис. 14.14), заряженный конденсатор, подвешен таким образом, что он может вращаться. Для конденсатора в состоянии покоя существует только сила притяжения между двумя пластинами в связи с наличием зарядов противоположного знака. В находящемся в движении со скоростью v (рис. 14.15) аппарате положительный заряд движется в магнитном поле, возникающем от движения отрицательного заряда, и наоборот. Следовательно, две дополнительные силы воздействуют на конденсатор, и они обнаруживают себя как моменты, так что следует ожидать вращения конденсатора. Можно легко вычислить этот момент M:

~M=\frac{U}{\epsilon}
\left(\frac{v}{c}\right)^2
\sin 2\vartheta \cos 2\varphi,

где ~U — энергия, содержащаяся в конденсаторе; ~\epsilon — диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего конденсатор; ~\varphi — азимут, характеризующий проекцию ~v на плоскость конденсатора по отношению к подвеске.

Следующая формула получена на основе предположения, что диэлектрическая среда может рассматриваться как континуум. Структура ~\epsilon во внимание не принимается, но это не имеет значения. И Томашек, и Чейз использовали не один конденсатор, а большое количество пластин для получения большой емкости и, следовательно, имели большую электрическую энергию.

Момент практически одинаков как для классической теории, так и для теории относительности, различие лишь в некоторых членах четвертого порядка, которые не имеют практического значения. Несмотря на существование момента, теория относительности утверждает, что никакого эффекта наблюдать нельзя. Это происходит потому, что момент определенным образом компенсируется. Объяснение этого любопытного факта можно найти в характеристике тензора массы в теории относительности. В этой теории масса имеет различное значение при ускорении в направлении движения (~m_l) и под прямыми углами к нему (~m_{tr}). Соотношение масс дается выражением

~\frac{m_l}{m_{tr}}
= \frac{1}{1 - (v/c)^2}

Для того чтобы проанализировать эффект момента, найденного выше, необходимо разделить действующие силы на два компонента: один в направлении движения, другой — под прямыми углами к нему. Первый компонент действует против более тяжелой массы ~m_l и вызывает относительно более слабое ускорение, чем второй. Таким образом, получается, что два ускорения как векторы указывают на центр тяжести системы (конденсатора), хотя силы этого не делают. При этом момент компенсируется в конечном эффекте. Таким образом, видно, что тензор массы является причиной отсутствия эффекта. Сокращение Лоренца не было принято во внимание совсем. Даже в случае отсутствия сокращения Лоренца эффект на конденсаторе нами не был получен. Если бы, однако, эффект наблюдался, это было бы противоречием теории относительности, так как соотношение ~m_l / m_{tr} есть прямое следствие этой теории. Томашек и Чейз заявили, что можно определить некомпенсированный момент, соответствующий скорости 4 км/с. Для меньших скоростей их аппаратами отклонение определить нельзя. Это ограничение по точности получено на основе предположения о воздействии этого момента. Сейчас это предположение не представляется достаточно верным даже с точки зрения классической теории. Поскольку ядра атомов имеют электрическое строение, в классической теории необходимо принимать во внимание определенное отношение между массой и скоростью ядер. Рассматривая ядра как прочные сферы (Абрахам), находим:

\frac{~m_l}{m_{tr}}=
\frac{1/(1-\beta^2)}
{1/(1-\frac{4}{5}\beta^2)}.

Если использовать эту формулу, момент будет скомпенсирован частично, но не полностью, как в теории относительности. Из формулы легко определить, что 20 % вычисленного момента проявит себя как отклонение. Минимальная скорость, которую мог бы наблюдать Чейз, была равна ~4\sqrt{5} км/с, что близко к значению 10 км/с, полученному Миллером. Будучи интересными, эти эксперименты сами по себе не могут говорить за или против результатов Миллера. Для этого было бы хорошо провести их с более высокой точностью.

Несколько замечаний относительно эксперимента Пиккара в Брюсселе. Пиккар думал, что высота над поверхностью Земли должна иметь влияние на эффект, найденный Миллером. Это заблуждение, так как Миллер не заявлял о таком влиянии. Если предположить, что эфирный ветер на Маунт Вилсон больше, чем на уровне моря, то он должен быть еще больше в свободной атмосфере. Пиккар предпринял эксперимент с аэростатом. Его интерферометр имел плечи с оптическим путем, равным 2,8 м. Постоянство температуры поддерживалось термостатом. Аэростат вращался вдоль вертикальной оси пропеллером. Самописцем было зарегистрировано 96 оборотов. Был проведен гармонический анализ полученных кривых, но оказалось, что термостат не функционировал так, как ожидалось. Из-за этого случайные ошибки были слишком велики (возможная ошибка соответствовала скорости 7 км/с). Все, что заявляет Пиккар, — это то, что на высоте 2300 м в свободной атмосфере эфирный ветер не больше, чем на Маунт Вилсон. Никаких других выводов из этого эксперимента сделать нельзя.

Запись, добавленная в апреле 1928 г.: Чейз и Пиккар продолжали работу, после чего Чейз, работавший в Гарварде, увеличил точность своих измерений в три раза. Даже с учетом коэффициента 1/5, упомянутого выше, его новый аппарат смог бы определить скорость эфирного ветра 3 км/с. В пределах такой точности его результаты были отрицательными, обеспечивая тем самым значительную поддержку теории относительности [1]. Наиболее точная и недавно законченная работа Пиккара выполнялась совместно с Стаэлем на наибольшей высоте в 1800 м. Был использован такой же самозаписывающий интерферометр с термостатом. Результаты были полностью отрицательными, эфирный ветер составлял лишь 1/40 ожидаемого по Миллеру [2].

[править] Примечания

  1. Physical Review. 1927. Vol. 30. P.516.
  2. Die Naturwissenschaften. 1928. Vol. 16. P. 25.

Из сборника «Эфирный ветер». Сб. статей/Под ред. — В.А.Ацюковского. — М.: Энергоатомиздат, 1993. — 288 с. — ISBN 5-283-04990-6; М.: Энергоатомиздат, 2011. 419 с. ISBN 978-5-283-03319-8 - Скачать в формате PDF 33,8 Мб.

Эфирный ветер. ПредисловиеДж.К.Максвелл, 1877Дж.К.Максвелл, 1879А.Майкельсон, 1881А.А.Майкельсон, Э.В.Морли, 1887Э.В.Морли и Д.К.Миллер, Лорду Кельвину, 1904Э.В.Морли, Д.К.Миллер, 1905А.Эйнштейн об эфиреА.А.Майкельсон, 1925А.А.Майкельсон, Генри Г.Гель, при участии Ф.Пирсона, 1925Д.К.Миллер, 1925А.К.Тимирязев, 1926Д.К.Миллер, 1926А.К.Тимирязев, 1927Рой Дж. Кеннеди, 1926К. К. Иллингворт, 1927 • Конференция в обсерватории Маунт Вилсон, г. Пасадена, Калифорния, 4 и 5 февраля 1927 г. (Введение 1 2 3 4 5 6 7 8) • Е.Стаэль, 1926А.Пиккар, Е.Стаэль, 1927А.А.Майкельсон, Ф.Г.Пис и Ф.Пирсон, 1929Ф.Г.Пис, 1930 • Д.К.Миллер, 1933 (Часть 1 Часть 2) • Г.Йоос, Д.К.Миллер, 1934Дж.П.Седархольм и др., 1958Дж.П.Седархольм, Ч.Х.Таунс, 1959Ю.М.Галаев, 2011Е.И.Штырков, 2007В.А.Ацюковский. Эфирный ветер: проблема, ошибки, задачиПараметры эфира в околоземном пространстве

Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Сборник «Эфирный ветер»
Инструменты