СВЕТ И ЕГО СКОРОСТЬ

В статье “Измерение времени” Пуанкаре указывает на трудность, заключающуюся в том, что нельзя измерить скорость, не измеряя времени. Отсюда проблема: для синхронизации часов нужно знать скорость распростране ния сигнала, а для определения скорости сигнала нужно иметь синхронно идущие часы, расположенные в разных точках пространства. Выход из этой ситуации нашел Пуан каре в принятии условного положения о постоянстве скорости света*

Это услов ное пол о жен ие о постоя нс тве с кор о с ти света было принято и в теории относительности в вариан те Эйнштейна.

В.Чешев[35] отмечает, что процедура синхронизации часов, основывающаяся на соглашении о постоянстве ско рости света, является опорной точкой для специальной теории относительности и всех ее следствий. Из сказанного следует, что принятие допущения о постоянстве скорости света Эйнштейну не принад лежит.

“Однако именно постоянство скорости света нель зя непосредственно и полностью проверить на опы те__ Непосредственное определение скорости света возможно только в результате измерения промежутка времени, в течение которого световой сигнал рас пространяется туда и обратно. Поэтому все непосред ственные определения скорости света основаны на предположении, что световые сигналы в обе стороны распространяются с одинаковой скоростью. Правда,

115 существуют астрономические методы определения скорости света, в которых измеряется только время распространения светового сигнала “оттуда сюда”. Та ков метод Ремера, в котором используется видимое нарушение периодичности затмений спутников Юпите ра”[Ъ6].

Но астрономические методы измерений основаны на использовании определенных физических представлений, развивать которые можно только после того, как уста новлены способы отсчета расстояний и времени.

Если мы уже сформулировали первый закон Ньюто на, то мы могли бы “проверять” постоянство длины линей ки, измеряя, проходит ли материальная точка, движущаяся по инерции, путь от одного конца линейки до другого за одно и то же время. Однако еще до того, как сформули ровать законы механики, необходимо установить спосо бы измерения расстояний, то есть выбрать линейку и предположить ее свойства.

Уже в первые периоды оптических исследований опытным путем были установлены четыре основных зако на оптических явлений:

1) закон прямолинейного распространения света;

3) закон отражения света от зеркальной поверхности;

4) закон преломления света на границе двух прозрач ных сред.

Основное свойство света — прямолинейное распро странение, видимо, и заставило Ньютона (конец XVII ве ка) держаться теории истечения световых частиц, летя щих прямолинейно, согласно законам механики (закон инерции).

Во времена Ньютона еще не были сделаны прямые

измерения скорости света в разных средах. Впоследствии такие измерения были сделаны. Фуко в 1850 году пока зал, что скорость света в плотных средах, например в во де, меньше скорости света в воздухе.

Уже в эпоху Ньютона было выполнено определение скорости, с которой свет распространяется в межпланет ном пространстве (Ремер, 1676 год): около 300 000 кило метров в секунду. Для многих современников Ньютона

казалось затруднительным допустить наличие частиц, не сущихся с такой скоростью.

Современник Ньютона Гюйгенс выступил с другой теорией света, рассматривая световое возбуждение как упругие импульсы, распространяющиеся в особой сре де — эфире, который заполняет все пространство как внутри материальных тел, так и между ними. Огромная скорость распространения света обусловлена свойствами эфира и не предполагает быстрых перемещений частиц эфира.

В течение всего XVIII века корпускулярная теория све та (теория истечения) занимала господствующее положе ние в науке, однако острая борьба между этой и волновой теорией света не прекращалась. Убежденными противни ками теории истечения были Эйлер и Ломоносов; они оба отстаивали и развивали представление о свете как о вол нообразных колебаниях эфира.

В начале XIX века складывается последовательно раз витая система волновой оптики (Юнг, Френель). В 1864 году Максвелл сформулировал заключение: свет — электромагнитное явление. Оно было подтвер ждено опытами Герца в 1887 году.

Материальная природа света весьма отчетливо прояв ляется в явлениях светового давления, установленного на опыте П.Н. Лебедевым. То обстоятельство, что свет (элек тромагнитное поле) и вещество представляют собой две различные формы материи, с особенной отчетливостью проявляется в превращениях кванта света в пару элек трон — позитрон, и обратно — в образовании светового кванта за счет объединения позитрона и электрона. Но оставались определенные затруднения, которые были устранены Планком, сформулировавшим теорию квантов в 1900 году.

Эта теория устраняла затруднения в вопросах излуче ния света нагретыми телами; она по-новому заявила о про блеме взаимодействия света и вещества, понимание кото рой невозможно без квантовой интерпретации. Целый ряд оптических явлений, в частности фотоэлектрический эф фект и вопросы рассеяния света, выдвинул на первый план корпускулярные особенности света.

* Ознакомление со всем разнообразием опти ческих явлений создает впечатление необходимо сти приписывать свету, с одной стороны, волновые свойства, а с другой — корпускулярные”[27].

Когда тела движутся медленно по сравнению со ско ростью света, мы можем рассматривать скорость света как бесконечную. Это приводит к соотношениям класси ческой механики. Последняя оказывается приближенным описанием действительности. Теория относительности пе реходит в такую приближенную теорию, когда определен ная величина — отношение скорости движущегося тела к скорости света стремится к нулю или, что то же самое, отношение скорости света к скорости тела стремится к бесконечности. Подобное соотношение между двумя теориями — одна переходит в другую, когда некоторый параметр стремится к нулю или бесконечности, — суще ствует в математике.

Эйнштейн (“Автобиографические заметки”) писал: “...Прости меня, Ньютон; ты нашел единственный путь, возможный в твое время для человека величайшей на учной творческой способности и силы мысли. Понятия, созданные тобой, и сейчас еще остаются ведущими в нашем физическом мышлении, хотя мы теперь и знаем, что если мы будем стремиться к более глубокому по ниманию взаимосвязей, то должны будем заменить эти понятия другими, стоящими дальше от сферы непо средственного опыта” (выделено мной. — в.Б.). Но вернемся к теории относительности: здесь ско рость света в вакууме считается абсолютной (мировой) константой и определяет максимально возможную ско рость движущегося материального объекта. Именно по этому она входит во все формулы преобразований Ло ренца и в знаменатель этих формул.

Но сюда входит и понятие массы покоя. Пришлось ли шить фотоны этой массы, так как, будучи материальными объектами, они двигаются со скоростью света и, следова тельно, при массе покоя, не равной нулю, должны обла дать бесконечной массой. Принято считать, что этот тре тий постулат теории относительности есть обобщение опы та Майкельсона.

118 В.Бояринцев Но скорость света зависит от множества факторов, о ней можно сказать только то, что она конечна и не может приобретать нулевых и бесконечных значений. Следова тельно, третий постулат специальной теории относитель ности не соответствует действительному положению ве щей: не существует предельной скорости движения мате риального объекта (кроме нулевой и бесконечной). Все выводы теории относительности, основанные на понятии предельной скорости распространения сигнала, должны быть пересмотрены.

И.М. Франк по случаю столетнего юбилея Эйнштейна говорил[5]: “...Невозможно движение частицы со ско ростью, большей скорости света в пустоте, однако в среде возможно движение со скоростью, большей фа зовой скорости волн. Тем не менее природа не полно стью снимает свой запрет...” Одно из приложений к докладу носило название: “Обсуждение особенностей, возникающих при сверхсветовой скорости”.

В другом месте доклада Франк опять говорит о скоро сти света: “Если теперь, через семьдесят лет... задать вопрос, возможна ли скорость больше скорости света, то ответ обычно бывает таков: невозможна скорость больше скорости света в пустоте, но вполне возможна скорость, превышающая скорость света в преломляю щей среде для оптической области частот...”

Здесь имелся в виду Эффект Черенкова — Вавилова, за открытие которого получили свои части Нобелевской премии Франк и Тамм[37]. В 1936—1937 годах Франк со вместно с Таммом “вычислил свойства электрона, рав номерно движущегося в некоторой среде со скоро стью, превышающей скорость света в этой среде” (выделено мной. — В.Б.).

Знаете ли Вы, что в 1965 году два американца Пензиас (эмигрант из Германии) и Вильсон заявили, что они открыли излучение космоса. Через несколько лет им дали Нобелевскую премию, как-будто никто не знал работ Э. Регенера, измерившего температуру космического пространства с помощью запуска болометра в стратосферу в 1933 г.? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Эйнштейн - главный миф 20-го века

СВЕТ И ЕГО СКОРОСТЬ