ОБЪЯСНЕНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО РЕЗУЛЬТАТА ОПТИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА МАЙКЕЛЬСОНА-МОРЛИ
Введение
Отрицательный результат эксперимента Майкельсона-Морли [1] послужил доказательством постулата Эйнштейна об инвариантности скорости света и стал основой для создания теории относительности.
После проведения Саньяком опыта с вращением интерферометра Саньяка [2] и получения им положительных результатов, доказывающих, что скорость света и скорость приемника света складываются по классическому принципу сложения скоростей, возникла необходимость проверки эксперимента Майкельсона-Морли на предмет выявления допущенных в интерпретации результатов опыта ошибок.
После проведения Саньяком опыта с вращением интерферометра Саньяка [2] и получения им положительных результатов, доказывающих, что скорость света и скорость приемника света складываются по классическому принципу сложения скоростей, возникла необходимость проверки эксперимента Майкельсона-Морли на предмет выявления допущенных в интерпретации результатов опыта ошибок.
Теория - два принципа, релятивистский и классический, определения угла отражения луча от движущегося зеркала
При изображении траекторий хода лучей Майкельсон руководствовался релятивистским принципом зависимости угла отражения луча от зеркала от скорости зеркала в ИСО наблюдателя. Согласно релятивистским идеям, при нулевой скорости зеркала в ИСО наблюдателя, то есть в ИСО самого зеркала, угол отражения луча равен углу падения луча.
ИСО зеркала:
ИСО зеркала:
Рис. 1. В ИСО зеркала углы отражений лучей равны углам падений лучей
Во всех других системах отсчета зеркало движется и, согласно релятивистскому мировоззрению, углы отражения лучей не равны углам падений лучей. Траектория отраженного луча в ИСО наблюдателя изображается с таким расчетом, чтобы в ИСО зеркала угол отражения луча был равен углу падения.
Абсолютная система отсчета АСО:.
Во всех других системах отсчета зеркало движется и, согласно релятивистскому мировоззрению, углы отражения лучей не равны углам падений лучей. Траектория отраженного луча в ИСО наблюдателя изображается с таким расчетом, чтобы в ИСО зеркала угол отражения луча был равен углу падения.
Абсолютная система отсчета АСО:.
Рис. 2. Релятивистский принцип определения угла отражения луча от движущегося зеркала. Абсолютная система отсчета АСО. В красном круге угол отражения луча не равен углу падения луча, отличаясь от угла падения луча на угол абберрации. Траектория отраженного луча изображается с таким расчетом, чтобы в ИСО зеркала угол отражения луча был равен углу падения луча.
Так как у нас нет никаких оснований считать верным релятивистский принцип определения углов отражений лучей от движущегося зеркала, мы вправе изображать отраженные лучи, руководствуясь совершенно другим, классическим, принципом определения углов отражений лучей от движущегося зеркала.
Итак, каким же же должен быть классический, не релятивистский принцип определения углов отражений лучей от движущегося зеркала?
Твердо установлен экспериментально факт независимости скорости света от скорости источника света. Раз скорость света никак не может зависеть от скорости источника света (включая и такой источник света, как зеркало), то вполне логично предположить, что в АСО угол отражения луча света не может зависеть от скорости зеркала. Трудно вообразить, что изменение скорости зеркала в АСО меняет направление вектора скорости отраженного луча, оставляя неизменным длину этого вектора. Логичнее предположить, что скорость зеркала никак не влияет на вектор скорости отраженного луча света, ни на его длину, ни на его направление. Тогда классическй принцип определения углов отражений лучей от движущегося зеркала должен выглядеть так:
Так как у нас нет никаких оснований считать верным релятивистский принцип определения углов отражений лучей от движущегося зеркала, мы вправе изображать отраженные лучи, руководствуясь совершенно другим, классическим, принципом определения углов отражений лучей от движущегося зеркала.
Итак, каким же же должен быть классический, не релятивистский принцип определения углов отражений лучей от движущегося зеркала?
Твердо установлен экспериментально факт независимости скорости света от скорости источника света. Раз скорость света никак не может зависеть от скорости источника света (включая и такой источник света, как зеркало), то вполне логично предположить, что в АСО угол отражения луча света не может зависеть от скорости зеркала. Трудно вообразить, что изменение скорости зеркала в АСО меняет направление вектора скорости отраженного луча, оставляя неизменным длину этого вектора. Логичнее предположить, что скорость зеркала никак не влияет на вектор скорости отраженного луча света, ни на его длину, ни на его направление. Тогда классическй принцип определения углов отражений лучей от движущегося зеркала должен выглядеть так:
Классический принцип определения угла отражения луча от движущегося зеркала
В абсолютной системе отсчета АСО угол отражения луча будет равен углу падения луча при ЛЮБОЙ скорости зеркала в АСО.
В ИСО любого наблюдателя, чье ИСО движется в АСО (включая наблюдателя, в чьем ИСО зеркало неподвижно) угол отражения луча зависит от скорости наблюдателя в АСО и отличается от угла падения луча на угол абберрации.
У нас есть все основания считать, что классический принцип определения углов отражений лучей от движущегося зеркала верен, потому что зависимость углов отражений лучей в ИСО зеркала от скорости зеркала в АСО обнаружена экспериментально рядом исследователей. Наиболее впечатляющи результаты исследований директора Берлинской/Бабельсбергской обсерватории Леопольда Курвуазье (Leopold Courvoiser) [3].
Рис. 3. Отражение лучей звезд от ртутного зеркала Берлинской/Бабельсбергской обсерватории в экспериментах Леопольда Курвуазье (Leopold Courvoiser) [3]. ИСО зеркала, движущегося в АСО. Угол отражения луча не равен углу падения луча в ИСО зеркала.
Изображении траектории хода поперечного луча при руководствовании классическим принципом зависимости угла отражения луча от зеркала от скорости зеркала в ИСО наблюдателя
Руководствуясь принципом равенства угла отражения луча углу падения луча в АСО, мы должны исправить траекторию перпендикулярного луча на схеме опыта Майкельсона.
Для упрощения расчетов Майкельсон максимально упростил схему эсперимента, условно изобразив прямыми не прямые на установке углы..
Для упрощения расчетов Майкельсон максимально упростил схему эсперимента, условно изобразив прямыми не прямые на установке углы..
Рис. 4. Реальная установка. Углы падений и отражений лучей в ИСО установки не равны 90 градусов.
Мы воспользуемся тем же самым приемом и максимально упростим схему, направив горизонтальный и вертикальный лучи строго перпендикулярно друг другу в ИСО установки. Чтобы вертикальный луч имел возможность попасть в телескоп, верхнее зеркало придется немного развернуть на угол, равный половине угла аберрации, вот так:
Мы воспользуемся тем же самым приемом и максимально упростим схему, направив горизонтальный и вертикальный лучи строго перпендикулярно друг другу в ИСО установки. Чтобы вертикальный луч имел возможность попасть в телескоп, верхнее зеркало придется немного развернуть на угол, равный половине угла аберрации, вот так:
Рис. 5. Упрощенная условная схема установки Майкельсона-Морли. АСО. Верхнее зеркало немного развернуто на небольшой угол, равный половине угла аберрации, с целью направить отраженный луч в телескоп движущейся установки. Все углы отражений в точности равны углам падений лучей. Угол между падающим и отраженным от верхнего зеркала поперечными лучами равен углу аберрации. В ИСО зеркала траектория падающего и отраженного луча совпадают, при том что угол отражения не равен углу падения (так как зеркало не перпендикулярно лучам).
Расчет длин оптических путей обоих лучей
Продольный луч
Совершенно стандартный расчет длины продольного луча:
Совершенно стандартный расчет длины продольного луча:
Поперечный луч
Мы видим, что длина оптического пути продольного луча s равна длине оптического пути поперечного луча S (см. формулы 5 и 16). Разность длин оптических путей равна 0 при любой скорости системы.
Выводы
1. Как мы видим, отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли легко объясним без привлечения теории относительности, в рамках классического принципа определения угла отражения луча от движущегося зеркала.
2. Интерферометр Майкельсона не является подходящим прибором для выявления эфирного ветра.
2. Интерферометр Майкельсона не является подходящим прибором для выявления эфирного ветра.
Примечание
Многие читатели пишут мне, что при развороте интерферометра, схема которого изображена на рисунке 5, на 90 градусов, лучи не попадут в телескоп.
Отвечаю.
1. Лучи в реальной установке представляют собой не линии точечной толщины, а пучки лучей ощутимой толщины. Поэтому при любых разворотах интерферометра каждый раз какая-то часть пучка обязательно попадает в телескоп. В каждую точку мишени при разных положениях установки попадают разные лучи. Но интерференционная картина не меняется, поскольку соотношение длин путей лучей, попадающих в каждую точку мишени остается неизменным.
2. Мы доподлинно знаем, что Майкельсон не ставил зеркало b точно под прямым углом к лучу. Потому что Майкельсон разворачивал зеркало b винтами, чтобы получить интерференционную картину с отчетливыми полосками. Известно, что если два когерентных пучка падают на плоскость под одним и тем же углом падения (то есть оба пучка идут вдоль одной и той же оси), то в результате интерференционная картина представляется собой одну единственную полосу бесконечной ширины. Чтобы получить несколько интерференционных полос конечной ширины, требуется оба луча располагать под углом α. Вот так:
Отвечаю.
1. Лучи в реальной установке представляют собой не линии точечной толщины, а пучки лучей ощутимой толщины. Поэтому при любых разворотах интерферометра каждый раз какая-то часть пучка обязательно попадает в телескоп. В каждую точку мишени при разных положениях установки попадают разные лучи. Но интерференционная картина не меняется, поскольку соотношение длин путей лучей, попадающих в каждую точку мишени остается неизменным.
2. Мы доподлинно знаем, что Майкельсон не ставил зеркало b точно под прямым углом к лучу. Потому что Майкельсон разворачивал зеркало b винтами, чтобы получить интерференционную картину с отчетливыми полосками. Известно, что если два когерентных пучка падают на плоскость под одним и тем же углом падения (то есть оба пучка идут вдоль одной и той же оси), то в результате интерференционная картина представляется собой одну единственную полосу бесконечной ширины. Чтобы получить несколько интерференционных полос конечной ширины, требуется оба луча располагать под углом α. Вот так:
От величины угла α зависит ширина интерференционных полос. Интерференционные полосы тем шире, чем меньше угол α и тем уже, чем угол α больше.
Чтобы получить угол α между двумя лучами, требуется развернуть зеркало b.
Мы знаем из описания опыта Майкельсона, что Майкельсон добивался четкой интерференционной картины из нескольких полос. Мало того, в описании опыта присутствует описание винтов, которыми он разворачивал зеркало. Следовательно, нет и не может быть ни малейших сомнений в том, что зеркало b действительно располагалось не под прямым углом к лучу, а было развернуто.
Чтобы получить угол α между двумя лучами, требуется развернуть зеркало b.
Мы знаем из описания опыта Майкельсона, что Майкельсон добивался четкой интерференционной картины из нескольких полос. Мало того, в описании опыта присутствует описание винтов, которыми он разворачивал зеркало. Следовательно, нет и не может быть ни малейших сомнений в том, что зеркало b действительно располагалось не под прямым углом к лучу, а было развернуто.
Литература
1. Об относительном движении Земли и светоносном эфиреАльберт А.Майкельсон, Эдвард В.Морли.
2. КВАНТОВАЯ ОПТИКА М.О. Скалли, М.С. Зубайри.
3, Searching for the Ether: Leopold Courvoiser’s Attempts to Measure the Absolute Velocity of the Solar System ROBERTO DE ANDRADE MARTINS Physics Department, State University of Paraiba (UEPB), Brazil
2. КВАНТОВАЯ ОПТИКА М.О. Скалли, М.С. Зубайри.
3, Searching for the Ether: Leopold Courvoiser’s Attempts to Measure the Absolute Velocity of the Solar System ROBERTO DE ANDRADE MARTINS Physics Department, State University of Paraiba (UEPB), Brazil