Аберрация света звезд

Отклонение луча, идущего от звезды, окончательно подтвердили теорию Ремера. После этого конечность скорости распространения света была принята, как опытный факт.

Из опытов установили, что скорость света конечна. Но от чего она зависит? Согласно так называемому «здравому смыслу» скорость света относительно движущегося приемника g опирается по закону сложения скоростей

Где v – скорость приемника, который движется навстречу источнику или от него.

В начале 19 столетия новые открытия вытеснили корпускулярную теорию света, преобладала новая точка зрения на свет, как на волновой процесс в среде. Имеется в виду установление явления интерференции Юнгом в 1801 году и дифракции на основе волновой теории. Эта среда, заполняющая всю вселенную, получила название «мирового эфира». Были открыты явления гравитации, электричество, магнитное поле и считалось, что взаимодействия передаются через эфир. Задача заключалась в том, чтобы построить теорию света, как теорию колебаний эфира. Эфир заполняет все пространство, в котором движутся материальные тела, и неподвижен в этом пространстве. Скорость тела относительно эфира была названа «абсолютной». Скорость тела не зависит от скоростей других тел. Возникает вопрос, как ее измерить.

Поскольку скорость света относительно эфира постоянна, то относительно материальных тел, движущихся в эфире, например, Земли, она должна быть переменной.

Опыт Майкельсона и Морли

Идея опыта состоит в сравнении прохождения светом двух путей, из которых один совпадает с направлением движения тела в эфире, а другой ему перпендикулярен.

Пластинка B полупрозрачна. На ней луч разделяется на два когерентных перпендикулярных луча, идущих к зеркалам D и C. В интерферометре встречаются два когерентных луча, прошедших от места разделения различные пути.

Если эти пути пройдены ими за одинаковое время, то в точку встречи они придут в одной фазе и усилят друг друга. Если за разное время, то в точке встречи разность фаз и колебаний изменится. Наблюдая интерференцию, можно сделать вывод о разности фаз пришедших в интерферометр когерентных волн, а отсюда вычислить время запаздывания одной волны относительно другой. Это и было сделано Майкельсоном и Морли. Это был один из самых замечательных экспериментов 19 столетия. Простой по существу, этот опыт привел к революции в науке.

Пусть прибор движется в направлении плеча BC со скоростью v относительно эфира. Скорость света относительно эфира c. Полное время, в течение которого будет пройден путь до зеркала C и обратно, будет равно:

До зеркала D путь BDB^/

Здесь v – скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца (~30 км/c). Следовательно, если прибор стоит на Земле, то . Учитывая малость этого члена, выражения можно разложить в ряды:

Получаем:

Разность хода лучей равна:

Теперь повернем прибор на 90° так, чтобы с направлением движения совпало плечо BD, а плечо BC было направлено перпендикулярно. Для разности хода получим:

Полное изменение разности хода лучей во времени при повороте прибора равно:

В опыте прибор медленно вращался, так как истинное движение прибора относительно эфира было неизвестно. Таким образом, при повороте прибора на 360° каждое из плеч два раза совпадает с направлением движения и два раза становится перпендикулярным направлению движения. Если при повороте прибора разность хода лучей меняется, то положение полос интерференции в поле зрения также должно изменяться. Оценим величину смещения.

Относительно смещение полос интерференции равно:

расстояния между полосами, а это можно без труда наблюдать и измерить.

Но на опыте никакого эффекта не было обнаружено. Абсолютную скорость Земли оказалось невозможно обнаружить.

Получалось, что скорость света по всем направлениям одна и та же и никакого эфирного ветра нет. Продольная и поперечная составляющие скорости всегда равны друг другу. С появлением лазеров точность опытов удалось значительно повысить.

Опыты показали, что скорость света не складывается ни со скоростью источника, ни со скоростью приемника.

Постоянство скорости света находится в глубоком противоречии с привычными представлениями опытов и с формулами сложения скоростей на основе преобразований Галилея. При скоростях много меньших скорости света отклонения не наблюдаются, так как они очень малы. Неправильность формулы сложения скоростей проявляется, когда скорости достаточно велики. Впервые отклонения были обнаружены в 1860 году в опытах Физо.