Физика

Принцип Гюйгенса. Законы преломления и отражения света. Дисперсия света

Волновая природа света и принцип Гюйгенса.

Волновой фронт - поверхность, соединяющая все точки волны, находящиеся в одной фазе (т.е. все точки волны, которые в одно и то же время находятся в одинаковом состоянии колебаний);
Луч - линия, в каждой точке перпендикулярная волновому фронту и указывающая на направление распространения волны;
Плоская волна - такая волна, волновой фронт которой представляет собой плоскость, перемещающуюся в пространстве со скоростью волны;
У сферической волны волновой фронт представляет собой сферу, радиус которой R = vt , где v - скорость волны.

Принцип Гюйгенса. Каждая точка волнового фронта может рассматриваться как источник вторичных сферических волн, распространяющихся со скоростью света в данной среде; огибающая поверхность всех вторичных сферических волн (т.е. поверхность, касательная к фронтам всех вторичных волн) в любой момент времени представляет собой новое положение волнового фронта исходной волны .

Исходя из этого принципа, легко доказать, что световые лучи в однородной среде распространяются прямолинейно.

Отражение света на основе волновой теории. Пусть плоская волна падает под некоторым углом a на отражающую поверхность. По соглашению угол падения (как и углы отражения и преломления) отсчитывается от нормали к поверхности в точке падения.

1. Падающий луч, отраженный луч и нормаль к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости;

2. Угол падения a равен углу отражения g .

Скорость света в вакууме и в среде. Скорость света в среде меньше скорости света в вакууме. Можно показать, что в вакууме

Где e 0 и m 0 - диэлектрическая и магнитная постоянные. Если же свет распространяется в однородной среде с диэлектрической проницаемостью e и магнитной проницаемостью m , то скорость света в такой среде

(2.1)

Где n > 1 - абсолютный показатель преломления среды . В общем случае скорость света зависит от свойств среды, от ее температуры и от длины волны света. Обычно чем больше длина волны света, тем быстрее он распространяется в данной среде, т.е. скорость распространения красного света больше, чем фиолетового.

Относительным показателем преломления одной среды 1 относительно другой среды 2 называется отношение скоростей распространения света в двух средах:

Среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной средой , с меньшим показателем преломления - оптически менее плотной средой .

Преломление света на основе волновой теории . Закон преломления света при переходе из одной среды в другую с иным показателем преломления был открыт Снеллиусом в 1620 г. и впервые упомянут в трудах Р. Декарта. Этот закон можно вывести с помощью принципа Гюйгенса.

Пусть плоская световая волна падает под углом a на границу раздела двух сред с разной скоростью распространения света в них. Тогда для углов падающего и преломлённого лучей верна формула:

(2.2)

Полное внутреннее отражение. Если свет проходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (например, из стеклянного волокна в воздух), то угол преломления становится больше угла падения. Так как угол преломления не может быть больше p /2 , чему отвечает угол падения

(предельный угол полного отражения),

То все лучи света, падающие на поверхность раздела сред под углами, большими a 0 , отражаются назад. Это явление называется полным внутренним отражением .

Дисперсия света. Показатель преломления любой среды определяется свойствами этой среды и зависит от частоты (или длины волны) света, т.е. n = n(w ). Явление зависимости показателя преломления среды от частоты проходящего света называется дисперсией .

Доктор технических наук А. ГОЛУБЕВ

Понятие скорости распространения волны оказывается простым только в отсутствии дисперсии.

Лин Вестергард Хэу возле установки, на которой был проведен уникальный эксперимент.

Весной прошлого года научные и научно-популярные журналы мира сообщили сенсационную новость. Американские физики провели уникальный эксперимент: они сумели понизить скорость света до 17 метров в секунду.

Все знают, что свет распространяется с огромной скоростью - почти 300 тысяч километров в секунду. Точное значение ее величины в вакууме = 299792458 м/с - фундаментальная физическая константа. Согласно теории относительности, это максимально возможная скорость передачи сигнала.

В любой прозрачной среде свет распространяется медленнее. Его скорость v зависит от показателя преломления среды n: v = с/n . Показатель преломления воздуха - 1,0003, воды - 1,33, различных сортов стекла - от 1,5 до 1,8. Одно из самых больших значений показателя преломления имеет алмаз - 2,42. Таким образом, скорость света в обычных веществах уменьшится не более чем в 2,5 раза.

В начале 1999 года группа физиков из Роуландовского института научных исследований при Гарвардском университете (штат Массачусетс, США) и из Стэнфордского университета (штат Калифорния) исследовала макроскопический квантовый эффект - так называемую самоиндуцированную прозрачность, пропуская лазерные импульсы через непрозрачную в обычных условиях среду. Этой средой были атомы натрия, находящиеся в особом состоянии, называемом бозе-эйнштейновским конденсатом. При облучении лазерным импульсом он приобретает оптические свойства, которые уменьшают групповую скорость импульса в 20 миллионов раз по сравнению со скоростью в вакууме. Экспериментаторам удалось довести скорость света до 17 м/с!

Прежде чем описывать сущность этого уникального эксперимента, напомним смысл некоторых физических понятий.

Групповая скорость. При распространении света в среде различают две скорости - фазовую и групповую. Фазовая скорость v ф характеризует перемещение фазы идеальной монохроматической волны - бесконечной синусоиды строго одной частоты и определяет направление распространения света. Фазовой скорости в среде соответствует фазовый показатель преломления - тот самый, значения которого измеряются для различных веществ. Фазовый показатель преломления, а следовательно, и фазовая скорость зависят от длины волны. Эта зависимость называется дисперсией; она приводит, в частности, к разложению белого света, проходящего через призму, в спектр.

Но реальная световая волна состоит из набора волн различных частот, группирующихся в некотором спектральном интервале. Такой набор называют группой волн, волновым пакетом или световым импульсом. Эти волны распространяются в среде с различными фазовыми скоростями из-за дисперсии. При этом импульс растягивается, а его форма меняется. Поэтому для описания движения импульса, группы волн как целого, вводят понятие групповой скорости. Оно имеет смысл только в случае узкого спектра и в среде со слабой дисперсией, когда различие фазовых скоростей отдельных составляющих невелико. Для лучшего уяснения ситуации можно привести наглядную аналогию.

Представим себе, что на линии старта выстроились семь спортсменов, одетых в разноцветные майки по цветам спектра: красную, оранжевую, желтую и т. д. По сигналу стартового пистолета они одновременно начинают бег, но "красный" спортсмен бежит быстрее, чем "оранжевый", "оранжевый" - быстрее, чем "желтый", и т. д., так что они растягиваются в цепочку, длина которой непрерывно увеличивается. А теперь представим, что мы смотрим на них сверху с такой высоты, что отдельных бегунов не различаем, а видим просто пестрое пятно. Можно ли говорить о скорости движения этого пятна как целого? Можно, но только в том случае, если оно не очень расплывается, когда разница в скоростях разноцветных бегунов невелика. В противном случае пятно может растянуться на всю длину трассы, и вопрос о его скорости потеряет смысл. Это соответствует сильной дисперсии - большому разбросу скоростей. Если бегунов одеть в майки почти одного цвета, различающиеся лишь оттенками (скажем, от темно-красного до светло-красного), это станет соответствовать случаю узкого спектра. Тогда и скорости бегунов будут различаться ненамного, группа при движении останется достаточно компактной и может быть охарактеризована вполне определенной величиной скорости, которая и называется групповой.

Статистика Бозе-Эйнштейна. Это один из видов так называемой квантовой статистики - теории, описывающей состояние систем, содержащих очень большое число частиц, подчиняющихся законам квантовой механики.

Все частицы - как заключенные в атоме, так и свободные - делятся на два класса. Для одного из них справедлив принцип запрета Паули, в соответствии с которым на каждом энергетическом уровне не может находиться более одной частицы. Частицы этого класса называются фермионами (это электроны, протоны и нейтроны; в этот же класс входят частицы, состоящие из нечетного числа фермионов), а закон их распределения называется статистикой Ферми-Дирака. Частицы другого класса называются бозонами и не подчиняются принципу Паули: на одном энергетическом уровне может скапливаться неограниченное число бозонов. В этом случае говорят о статистике Бозе-Эйнштейна. К бозонам относятся фотоны, некоторые короткоживущие элементарные частицы (например, пи-мезоны), а также атомы, состоящие из четного числа фермионов. При очень низких температурах бозоны собираются на самом низком - основном - энергетическом уровне; тогда говорят, что происходит бозе-эйнштейновская конденсация. Атомы конденсата теряют свои индивидуальные свойства, и несколько миллионов их начинают вести себя как одно целое, их волновые функции сливаются, а поведение описывается одним уравнением. Это дает возможность говорить, что атомы конденсата стали когерентными, подобно фотонам в лазерном излучении. Исследователи из американского Национального института стандартов и технологий использовали это свойство конденсата Бозе-Эйнштейна для создания "атомного лазера" (см. "Наука и жизнь" № 10, 1997 г.).

Самоиндуцированная прозрачность. Это один из эффектов нелинейной оптики - оптики мощных световых полей. Он заключается в том, что очень короткий и мощный световой импульс проходит без ослабления через среду, которая поглощает непрерывное излучение или длинные импульсы: непрозрачная среда становится для него прозрачной. Самоиндуцированая прозрачность наблюдается в разреженных газах при длительности импульса порядка 10 -7 - 10 -8 с и в конденсированных средах - менее 10 -11 c. При этом возникает запаздывание импульса - его групповая скорость сильно уменьшается. Впервые этот эффект был продемонстрирован Мак-Коллом и Ханом в 1967 году на рубине при температуре 4 К. В 1970 году в парах рубидия были получены задержки, соответствующие скоростям импульса, на три порядка (в 1000 раз) меньшим скорости света в вакууме.

Обратимся теперь к уникальному эксперименту 1999 года. Его осуществили Лен Вестергард Хэу, Захари Даттон, Сайрус Берузи (Роуландовский институт) и Стив Харрис (Стэнфордский университет). Они охладили плотное, удерживаемое магнитным полем облако атомов натрия до перехода их в основное состояние - на уровень с наименьшей энергией. При этом выделяли только те атомы, у которых магнитный дипольный момент был направлен противоположно направлению магнитного поля. Затем исследователи охладили облако до температуры менее 435 нК (нанокельвинов, т.е. 0,000000435 К, почти до абсолютного нуля).

После этого конденсат осветили "связующим пучком" линейно поляризованного лазерного света с частотой, соответствующей энергии его слабого возбуждения. Атомы перешли на более высокий энергетический уровень и перестали поглощать свет. В результате конденсат стал прозрачным для идущего следом лазерного излучения. И вот здесь появились очень странные и необычные эффекты. Измерения показали, что при определенных условиях импульс, проходящий через бозе-эйнштейновский конденсат, испытывает задержку, соответствующую замедлению света более чем на семь порядков - в 20 миллионов раз. Скорость светового импульса замедлилась до 17 м/с, а его длина уменьшилась в несколько раз - до 43 микрометров.

Исследователи считают, что, избежав лазерного нагрева конденсата, им удастся еще сильнее замедлить свет - возможно, до скорости нескольких сантиметров в секунду.

Система с такими необычными характеристиками позволит исследовать квантово-оптические свойства вещества, а также создавать различные устройства для квантовых компьютеров будущего, скажем, однофотонные переключатели.

Прежде чем описывать сущность этого уникального эксперимента, напомним смысл некоторых физических понятий.

Групповая скорость. При распространении света в среде различают две скорости - фазовую и групповую. Фазовая скорость vф характеризует перемещение фазы идеальной монохроматической волны - бесконечной синусоиды строго одной частоты и определяет направление распространения света. Фазовой скорости в среде соответствует фазовый показатель преломления - тот самый, значения которого измеряются для различных веществ. Фазовый показатель преломления, а следовательно, и фазовая скорость зависят от длины волны. Эта зависимость называется дисперсией; она приводит, в частности, к разложению белого света, проходящего через призму, в спектр.

Статистика Бозе-Эйнштейна. Это один из видов так называемой квантовой статистики - теории, описывающей состояние систем, содержащих очень большое число частиц, подчиняющихся законам квантовой механики.

Самоиндуцированная прозрачность. Это один из эффектов нелинейной оптики - оптики мощных световых полей. Он заключается в том, что очень короткий и мощный световой импульс проходит без ослабления через среду, которая поглощает непрерывное излучение или длинные импульсы: непрозрачная среда становится для него прозрачной. Самоиндуцированая прозрачность наблюдается в разреженных газах при длительности импульса порядка 10-7 - 10-8 с и в конденсированных средах - менее 10-11 c. При этом возникает запаздывание импульса - его групповая скорость сильно уменьшается. Впервые этот эффект был продемонстрирован Мак-Коллом и Ханом в 1967 году на рубине при температуре 4 К. В 1970 году в парах рубидия были получены задержки, соответствующие скоростям импульса, на три порядка (в 1000 раз) меньшим скорости света в вакууме.

Вне зависимости от цвета, длины волны или энергии, скорость, с которой свет перемещается в вакууме, остаётся постоянной. Она не зависит от местоположения или направлений в пространстве и времени

Ничто во Вселенной не способно двигаться быстрее света в вакууме. 299 792 458 метров в секунду. Если это массивная частица, она может лишь приблизиться к этой скорости, но не достичь её; если это безмассовая частица, она всегда должна двигаться именно с этой скоростью, если дело происходит в пустом пространстве. Но откуда нам это известно и что тому причиной? На этой неделе наш читатель задаёт нам три связанных со скоростью света вопроса:

Почему скорость света конечна? Почему она именно такая, какая есть? Почему не быстрее и не медленнее?

Вплоть до XIX века у нас даже не было подтверждений этим данным.

Иллюстрация света, проходящего через призму и разделяющегося на чёткие цвета.

Если свет проходит через воду, призму или любую другую среду, он разделяется на разные цвета. Красный цвет преломляется не под тем углом, под которым это делает синий, из-за чего и возникает что-то типа радуги. Это можно наблюдать и вне видимого спектра; инфракрасный и ультрафиолетовый свет ведут себя так же. Это было бы возможно, только если скорость света в среде отличается для света разных длин волн/энергий. Но в вакууме, вне всякой среды, всякий свет перемещается с одной и той же конечной скоростью.

Разделение света на цвета происходит из-за разных скоростей движения света, зависящих от длины волны, через среду

До этого додумались только в середине XIX века, когда физик Джеймс Клерк Максвелл показал, что на самом деле представляет собой свет: электромагнитную волну. Максвелл впервые поставил независимые явления электростатики (статичные заряды), электродинамики (движущиеся заряды и токи), магнитостатики (постоянные магнитные поля) и магнитодинамики (наведённые токи и переменные магнитные поля) на единую, объединённую платформу. Управляющие ею уравнения – уравнения Максвелла – позволяют вычислять ответ на простой вроде бы вопрос: какие типы электрических и магнитных полей могут существовать в пустом пространстве вне электрических или магнитных источников? Без зарядов и без токов можно было бы решить, что никакие – но уравнения Максвелла удивительным образом доказывают обратное.

Табличка с уравнениями Максвелла с обратной стороны его памятника

Ничто – одно из возможных решений; но возможно и другое – колеблющиеся в одной фазе взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля. У них есть определённые амплитуды. Их энергия определяется частотой колебаний полей. Они передвигаются с определённой скоростью, определяемой двумя константами: ε 0 и µ 0 . Эти константы определяют величину электрического и магнитного взаимодействий в нашей Вселенной. Получаемое уравнение описывает волну. И, как у всякой волны, у неё есть скорость, 1/√ε 0 µ 0 , которая оказывается равной c, скорости света в вакууме.

Колеблющиеся в одной фазе взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, распространяющиеся со скоростью света, определяют электромагнитное излучение

С теоретической точки зрения, свет – безмассовое электромагнитное излучение. По законам электромагнетизма он обязан двигаться со скоростью 1/√ε 0 µ 0 , равной c – вне зависимости от остальных его свойств (энергии, импульса, длины волны). ε 0 можно измерить, сделав и измерив конденсатор; µ 0 точно определяется из ампера, единицы электрического тока, что и даёт нам c. Та же фундаментальная константа, впервые выведенная Максвеллом в 1865 году, с тех пор появлялась во многих других местах:

Это скорость любой безмассовой частицы или волны, включая гравитационные.
Это фундаментальная константа, соотносящая ваше движение в пространстве с вашим движением во времени в теории относительности.
И это фундаментальная константа, связывающая энергию с массой покоя, E = mc 2

Наблюдения Рёмера снабдили нас первыми измерениями скорости света, полученными при помощи геометрии и измерения времени, необходимого на то, чтобы свет прошёл расстояние, равное диаметру орбиты Земли.

Первые измерения этой величины были сделаны во время астрономических наблюдений. Когда луны Юпитера входят и выходят в положение затмения, они кажутся видимыми или невидимыми с Земли в определённой последовательности, зависящей от скорости света . Это привело к первому количественному измерению с в XVII веке, которое определили в 2,2 × 10 8 м/с. Отклонение звёздного света – из-за движения звезды и Земли, на которой установлен телескоп – тоже можно оценить численно. В 1729 году этот метод измерения с показал значение, отличающееся от современного всего на 1,4%. К 1970-м с определили равным 299 792 458 м/с с погрешностью всего в 0,0000002%, большая часть которой проистекала из невозможности точного определения метра или секунды. К 1983 году секунду и метр переопределили через с и универсальные свойства излучения атома. Теперь скорость света равна точно 299 792 458 м/с.

Атомный переход с орбитали 6S, δf 1 , определяет метр, секунду и скорость света

Так почему же скорость света не больше и не меньше? Объяснение такое же простое, как указанный на рис. Выше атом. Атомные переходы происходят так, как происходят, из-за фундаментальных квантовых свойств строительных блоков природы. Взаимодействия атомного ядра с электрическим и магнитными полями, создаваемыми электронами и другими частями атома приводят к тому, что разные энергетические уровни оказываются чрезвычайно близко друг к другу, но всё же немного отличаются: это называется сверхтонким расщеплением . В частности, частота перехода сверхтонкой структуры цезия-133 испускает свет совершенно определённой частоты. Время, за которое проходит 9 192 631 770 таких циклов, определяет секунду; расстояние, которое свет проходит за это время, равняется 299 792 458 метрам; скорость, с которой распространяется этот свет, определяет с.

Пурпурный фотон переносит в миллион раз больше энергии, чем жёлтый. Космический гамма-телескоп Ферми не показывает никаких задержек какого-либо из фотонов, пришедших к нам от гамма-всплеска, что подтверждает постоянство скорости света для всяких энергий

Чтобы поменять это определение, нужно, чтобы с этим атомным переходом или с идущим от него светом произошло что-то фундаментально отличное от его текущей природы. Этот пример также даёт нам ценный урок: если бы атомная физика и атомные переходы работали бы в прошлом или на дальних расстояниях по-другому, это было бы свидетельством изменения скорости света со временем. Пока что все проводимые нами измерения лишь накладывают дополнительные ограничения на постоянство скорости света, и эти ограничения весьма строги: изменение не превосходит 7% от текущего значения за последние 13,7 млрд лет. Если бы по какой-то из этих метрик скорость света оказалась не постоянной, или же она отличалась бы у разных типов света, это привело бы к крупнейшей научной революции со времён Эйнштейна. Вместо этого все свидетельства говорят в пользу Вселенной, в которой все законы физики всегда, везде, во всех направлениях, во все времена остаются одинаковыми, включая и физику самого света. В каком-то смысле это тоже достаточно революционные сведения.

А пуд как был - он так и есть, шестнадцать килограмм.
М. Танич (из песни к к/ф «Таинственный монах»)

Специальная теория относительности (СТО), несомненно, самая знаменитая из физических теорий. Популярность СТО связана с простотой её основных принципов, поражающей воображение парадоксальностью выводов и её ключевым положением в физике ХХ века. СТО принесла небывалую славу Эйнштейну, и эта слава стала одной из причин неустанных попыток ревизии теории. В среде профессионалов споры вокруг СТО прекратились уже более полувека назад. Но и по сей день редакции физических журналов постоянно осаждают любители, предлагающие варианты пересмотра СТО. И, в частности, второго постулата, утверждающего постоянство скорости света для всех инерциальных систем отсчёта и её независимость от скорости источника (проще говоря, в какую бы сторону от наблюдателя и с какой бы скоростью ни двигался наблюдаемый объект, посланный с него световой луч имел бы всё ту же скорость, приблизительно равную 300 тысячам километров в секунду, не больше и не меньше).

Критики СТО, например, утверждают, что скорость света вовсе не постоянна, а меняется для наблюдателя в зависимости от скорости источника (баллистическая гипотеза) и лишь несовершенство измерительной техники не позволяет доказать это экспериментально. Баллистическая гипотеза восходит к Ньютону, рассматривавшему свет в виде потока частиц, скорость которых снижается в преломляющей среде. Этот взгляд возродился с появлением фотонной концепции Планка-Эйнштейна, что придавало убедительную наглядность идее сложения скорости света со скоростью источника по аналогии со скоростью снаряда, вылетающего из движущейся пушки.

В наше время подобные наивные попытки пересмотра СТО в серьёзные научные издания попасть конечно же не могут, зато переполняют СМИ и интернет, что весьма печально сказывается на состоянии умов массового читателя, включая школьников и студентов.

Нападки на теорию Эйнштейна - как в начале прошедшего столетия, так и теперь - мотивируются разночтениями в оценке и трактовке результатов экспериментов по измерению скорости света, первый из которых, к слову, был проведён ещё в 1851 году выдающимся французским учёным Арманом Ипполитом Луи Физо. В середине прошедшего столетия это побудило тогдашнего президента Академии наук СССР С. И. Вавилова озаботиться разработкой проекта демонстрации независимости скорости света от скорости источника.

К тому времени постулат о независимости скорости света прямо подтверждался только астрономическими наблюдениями двойных звёзд. По идее голландского астронома Виллема де Ситтера, если скорость света зависит от скорости источника, траектории движения двойных звёзд должны были бы качественно отличаться от наблюдаемых (согласующихся с небесной механикой). Однако этот аргумент встретил возражение, связанное с учётом роли межзвёздного газа, который в качестве преломляющей среды рассматривался как вторичный источник света. Критики утверждали, что свет, испущенный вторичным источником, «теряет память» о скорости первичного источника по мере распространения в межзвёздной среде, потому что фотоны источника поглощаются, а затем переизлучаются средой вновь. Поскольку данные об этой среде известны лишь с очень большими допущениями (как и абсолютные значения расстояний до звёзд), такая позиция позволяла подвергнуть сомнению большинство астрономических доказательств постоянства скорости света.

С. И. Вавилов предложил своему докторанту А. М. Бонч-Бруевичу спроектировать установку, в которой источником света стал бы пучок быстрых возбуждённых атомов. В процессе детальной проработки плана эксперимента оказалось, что шансов на надёжный результат нет, поскольку техника того времени не позволяла получить пучки нужной скорости и плотности. Эксперимент не был осуществлён.

С тех пор различные попытки экспериментального доказательства второго постулата СТО предпринимались неоднократно. Авторы соответствующих работ приходили к выводу о справедливости постулата, что, однако, не прекращало потока критических выступлений, в которых либо выдвигались возражения против идей экспериментов, либо ставилась под сомнение их точность. Последнее было связано, как правило, с незначительностью достижимой скорости источника излучения по сравнению со скоростью света.

Однако сегодня физика обладает инструментом, позволяющим вернуться к предложению С. И. Вавилова. Это синхротронный излучатель, где очень ярким источником света служит сгусток электронов, двигающийся по искривлённой траектории со скоростью, практически неотличимой от скорости света с . В таких условиях легко померить скорость испущенного света в безукоризненном лабораторном вакууме. По логике сторонников баллистической гипотезы эта скорость должна быть равна удвоенной скорости света от неподвижного источника! Обнаружить такой эффект (в случае его существования) не составило бы труда: достаточно просто измерить время прохождения световым импульсом мерного отрезка в вакуумированном пространстве.

Разумеется, для профессиональных физиков нет никаких сомнений в ожидаемом результате. В этом смысле опыт бесполезен. Однако прямая демонстрация постоянства скорости света имеет большую дидактическую ценность, ограничивая почву для дальнейших спекуляций о недоказанности основ теории относительности. Физика в своём развитии постоянно возвращалась к воспроизведению и уточнению основополагающих экспериментов, осуществляемых с новыми техническими возможностями. В данном случае не ставится цель уточнить скорость света. Речь идёт о восполнении исторической недоработки в экспериментальном обосновании истоков СТО, что должно облегчить восприятие этой достаточно парадоксальной теории. Можно сказать, что речь идёт о демонстрационном опыте для будущих учебников физики.

Такой опыт недавно осуществлён группой российских учёных в Курчатовском центре синхротронного излучения НИЦ КИ. В экспериментах в качестве импульсного источника света использовался источник синхротронного излучения (СИ) - накопитель электронов «Сибирь-1». СИ электронов, разогнанных до релятивистских скоростей (близких к скорости света), имеет широкий спектр от инфракрасного и видимого до рентгеновского диапазона. Излучение распространяется в узком конусе по касательной к траектории электронов по каналу отведения и выводится через сапфировое окно в атмосферу. Там свет собирается линзой на фотокатод быстрого фотоприёмника. Пучок света на пути в вакууме мог перекрываться стеклянной пластиной, вводимой с помощью магнитного привода. При этом по логике баллистической гипотезы свет, до того предположительно имевший удвоенную скорость 2с , после окна должен был обрести обычную скорость с .

Электронный сгусток имел длину около 30 см. Проходя мимо окна отведения, он порождал в канале импульс СИ длительностью около 1 нс. Частота обращения сгустка по кольцу синхротрона составляла ~34,5 МГц, так что на выходе фотоприёмника наблюдалась периодическая последовательность коротких импульсов, которую регистрировали с помощью скоростного осциллографа. Импульсы синхронизировались сигналом высокочастотного электрического поля той же частоты 34,5 МГц, компенсирующим потери энергии электронов на СИ. Сравнивая две осциллограммы, полученные при наличии в пучке СИ стеклянного окна и при его отсутствии, можно было измерить отставание одной последовательности импульсов от другой, вызванное гипотетическим снижением скорости. При длине 540 см участка канала отведения СИ от вводимого в пучок окна до выхода в атмосферу снижение скорости света от 2с до с должно было привести к временнoму сдвигу 9 нс. На опыте никакого сдвига не наблюдалось с точностью порядка 0,05 нс.

В дополнение к опыту провели и прямое измерение скорости света в канале отведения путём деления длины канала на время распространения импульса, что привело к значению всего на 0,5% ниже табличной скорости света.

Итак, результаты эксперимента оказались, разумеется, ожидаемыми: скорость света не зависит от скорости источника в полном соответствии со вторым постулатом Эйнштейна. Новым стало то, что впервые его подтвердили прямым измерением скорости света от релятивистского источника. Едва ли этот эксперимент прекратит наскоки на СТО со стороны ревнивцев славы Эйнштейна, однако он существенно ограничит поле новых претензий.

Детали эксперимента описаны в статье , которая будет опубликована в одном из ближайших номеров журнала «Успехи физических наук».

См. также:
Е. Б. Александров. , «Химия и жизнь», №3, 2012 (более подробно об этом эксперименте).

Показать комментарии (98)

Свернуть комментарии (98)

Ну, наконец-то!
Жаль только, что все равно набегут невежественные горлопаны и будут орать что весь этот опыт сплошное надувательство, ничего не доказывает и, вообще, Эйенштейн придумал свою дурацкую теорию только для того чтобы ученые смогли вытянуть из них, тупых обывателей, побольше денег, или не дать гениям-самородкам положенной им славы за нарисованный кривой ручкой чертеж сверхсветового звездолета. :)

Ответить

Именно. Особенно глупо подобное поведение, если учесть, что даже в "теории эфира" формулы СТО остаются теми же - происходит искажение размеров тел четко "по Эйнштейну", в зависимости от скорости, аналогично замедляется интенсивность любых процессов, и тоже в точности по формуле о замедлении времени, а с учетом того, что существует предельная скорость распространения сигнала (в теории эфира рассматривается обменный принцип взаимодействия именно с этой скоростью, за счет чего наблюдается и сокращение длины, и замедление процессов), расстояние приходится мерить по половине времени прохождения светового пучка "туда-обратно". Именно эти три казуса: искажение длины, изменение интенсивности процессов ("кривые" линейки, отстающие часы) и вынужденный способ определения расстояний "по свету" и приводит к тому, что изнутри эфира ни определить нулевую, абсолютную систему отсчета, ни обнаружить изменение скорости самого света не представляется возможным. Действует таким образом релятивистский принцип сложения скоростей, наблюдается эффект "увеличения массы" (при реактивном разгоне, к примеру, система с автоматически замедляющимися процессами никогда не сможет превысить скорость света - для стороннего наблюдателя в инерциальной системе это будет выглядеть, как эффект наращивания массы, причем тоже в абсолютном соответствии с формулами из теории относительности).

Забавный казус, в самом деле. Наблюдается практически полное совпадение математической базы двух теорий - однако сторонники одной из них то и дело возникают против очевидности, пытаются искать те же отклонения в скорости света. И это даже при том, что уже давно на примере квантовой жидкости - жидкого гелия - наглядно продемонстрирован ряд эффектов из СТО! Господа кэфирщики. Успокойтесь и возрадуйтесь - изменение скорости света обнаружить нельзя даже в Вашей теории. А если планете непосчастливится наткнуться на эфирный поток - то ее просто разорвет на клочки, причем релятивисты опишут явление, прежде чем погибнут со всеми, как "разрыв метрики пространства-времени в высших измерениях", и доказать даже в смертный час, кто прав, все равно не удастся.

Ответить

- Уточню: эту заметку я уже читал. ДО своего сообщения. И в ней речь шла не об отклонении скорости света, а об отклонении скорости НЕЙТРИНО от скорости света. Улавливаете разницу?;)
  Кстати, если предположение подтвердится и найдется способ обмена сигналами со скоростью большей световой, нулевая, "абсолютная" система координат будет определена со всей очевидностью - в виду уже изложенного в моем комментарии. Правда, пока для меня эксперимент с нейтрино все же сомнителен. Ждем подтверждений или опровержений от иных лабораторий!
  
  Ответить
  
  Я имел ввиду заметку о слежении за геостационарным спутником. К сверхсветовому нейтрино я отношусь более, чем спокойно. Во-первых - существование именно мюонного нейтрино было предсказано достаточно давно, во-вторых - скорость фотона измерена первой именно потому, что человек воспринимает их непосредственно. Открытие элементарных частиц со скоростью, значительно превосходящей скорость света - дело времени. Это моя частная точка зрения. Хотя бы потому, что инструментарий человека расширился довольно прилично.
  
  Ответить
  - За спутником? Не читал... Надо будет глянуть:)
    А насчет частиц - будем ждать. Забавно, если окажется, что мы - лишь "лоренцевские рыбки", плавающие в заурядном мультивселенском пруду с конкретной скоростью распространения базовых взаимодействий. А потому искажаемся в зависимости от скорости по местным преобразованиям Лоренца, меряем часами, отстающими по ним же, и потому не можем выяснить ни скорости относительно собственного пруда, ни собственных искажений-замедлений (а как, если все наши часы и линейки глючат вместе с нами?). Да, частицы, движущиеся быстрее стандартных возмущений нашего "водоема" помогут нам его обсчитать. Но пока... Пока все слишком смутно и зыбко - а потому теория о кривизнах пространства-времени, метрическом тензоре, многомерном интервале в пространстве Миньковского имеет не меньшие основания.
    
    Ответить
    - Так каково всё-таки Ваше отношение к измерениям параметров движения Земли и Солнечной системы? Или измеряли-таки "господа кэфирщики" с "глючными линейками"? Ваша точка зрения не даёт Вам права излагать её с презрением к оппонентам. Всего несколько секунд назад, по геологическим меркам, Вас за Ваши взгляды сначала вздёрнули бы на дыбу, что бы заставить от них отказаться, а потом на виселицу, что бы не передумали. Наука не стоит на месте, и вращение Земли вокруг Солнца, и законы Ньютона стали всего лишь частными случаями. Вполне вероятно, что и ОТО Эйнштейна ожидает то же самое.
      
      Ответить
      - Это смотря относительно чего... Понимаете ли - когда речь идет о энергетических средах в пространстве, будь то привычная материя или измерение частоты тех или иных излучений, поступающих под разными углами к наблюдателю - то это и измерение относительно них, а не относительно абсолютной системы. А что касаемо именно ее... То тут - да. В теории эфира мы имеем искажение линеек, изменение скорости процессов и некую максимальную скорость распространения сигналов, что в совокупности приводит к тому, что движущееся относительно эфира тело мало того что не чувствует своего сокращения, так ему еще и кажется, что ДАЖЕ ПОКОЯЩЕЕСЯ относительно эфира тело сокращается "по Лоренцу" в соответствие с той же скоростью. В теории относительности исходно считаем, что абсолютной системы нет вовсе, а все вариации параметров пространства-времени лишь следствие инвариантности при переходах между инерциальными системами отсчета. Более глубокий анализ двух теорий продолжает выявлять полную аналогию матаппарата двух теорий, что не позволяет лично мне предпочесть любую из них. Разве что теория эфира кажется чуть более красивой, поскольку имеет вполне материальные аналогии (те же эксперименты в жидком гелии), а потому не требует дополнительных предположений об операциях непосредственно с пространственно-временными координатами.
        В принципе, разделение теорий, конечно, возможно. Но пока данные крайне смутные и малодостоверные - эксперимент со "сверхсветовыми" нейтрино требуют подтверждения от иных, независимых лабораторий, эксперименты по энергетическим спектрам "поползут" лишь при энергиях порядка планковских, до чего даже БАКу - как пылесосу до БАКа. Нет, господа что кэфирщики, что релятивисты - простите, пока Вы для меня - лишь однофигственные толкователи единого матаппарата. Оно, конечно, интересно. Но я рад, что это - не мои проблемы:)))
        
        Ответить
        
        Так ведь и в теории относительности далеко не всё относительно друг друга. Например, нельзя предположить, что мы движемся навстречу лучу света со световой скоростью, в то время, как он стоит на месте.
        
        Ответить
        
        Почему? Как раз этот момент рассмотрен полностью и исчерпывающе (для теории относительности, естественно): если ты движешься РОВНО со скоростью света, то время твое стоит, скорость любых процессов в тебе для любого внешнего наблюдателя со скоростью чуть меньше - абсолютный ноль и ты НИКОГДА, НИЧЕГО не сможешь определить. Но если твоя скорость хоть самое чуть отличается от скорости света, то встречный поток даже инфракрасного излучения для тебя - жесткий ультрафиолет, а то и похуже, и падает оно на тебя ровно со скоростью света по принципу релятивистского сложения скоростей.
        На всякий случай: в теории эфира если ты движешься ровно со скоростью света, твои частицы не обмениваются вовсе никакими сигналами (они просто не успевают дойти от одной частицы до другой, так как сигналы распространяются в эфире со скоростью "с", но и частицы уже движутся со скоростью "с"). Соответственно, скорость любых процессов в Вас - ноль, но это лишь в случае однородного эфира. При наличии характерного планковского размера дискретизации эфира Вы вообще не сможете приблизиться к "с" вплотную: когда размеры межчастичных связей в Вас будут приближены к этому масштабу, характер взаимодействий неизбежно изменится, "поползут" спектры атомов и молекул, что скорее всего приведет к их разрушению и Вашей гибели. Но если Вы отдалитесь от скорости света хотя бы на триллионные доли процента, то увидите ровно то же, что и в теории относительности: жесточайший ультрафиолет, движущийся Вам навстречу со все той же скоростью света. Не забывайте: Вы меряете расстояния кривыми линейками, меряете время отстающими часами и синхронизируете часы, размечаете линейки все по тому же принципу излучения-возврата светового сигнала... Такова грустная правда.
        
        Ответить

Вообще-то у оппонентов ОТО Эйнштейна есть ещё и версия того, что испускаемый движущимся источником свет удаляется от источника не со складывающейся со скоростью источника, а с вычитающейся. Т.е., если источник излучения движется со скоростью 150 000 км/сек, то излучаемый им свет будет удаляться от него примерно с той же скоростью, а не вдвое выше, как указывал уважаемый мэтр. Как раз это обстоятельство объясняет пример с двойными звездами, не отрицая абсолютного постоянства скорости света. Автору статьи не мешало бы поменьше высокообразованной иронии, поскольку истина только тогда становится единственно верной, когда доказана несостоятельность остальных. А с опровержением этого предположения у физиков полный крах. Пока.

Ответить

Интересно, а откуда источник знает, что он движется со скоростью 150 000 км/сек? Чтобы "правильно" излучить свет?
Запустим два стеклянных спутника заранее, вдоль одной линии. Один будет удаляться 150 000 км/с, а второй развернется и будет приближаться с той же скоростью. С какой скоростью будет удаляться от нас свет?

Ответить
- Я далеко не специалист в этом вопросе. Все мои познания почерпнуты из научно-популярной литературы, поэтому мне трудно судить, кто более прав. Что касается Вашего вопроса - "мы", как я понимаю, находимся в одном из стеклянных спутников. Поскольку скорость в задаче близка к световой, значит и система отсчёта времени далеко не земная, поэтому и воспринимаемая скорость окружающих предметов не укладывается в земные рамки. Об этом также трудно судить, как если попытаться со стороны понаблюдать, с какой скоростью свет удаляется от одного спутника и с какой приближается к другому. Я думаю, что парадокс течения времени и не позволил Эйнштейну создать единую теорию поля.
  
  Ответить
  - Нет, мы находимся на Земле, откуда запускаем спутники и светим на них.
    Как Вы написали вначале,
    >испускаемый движущимся источником свет удаляется от источника не со складывающейся со скоростью источника, а с вычитающейся
    Для спутника, летящего навстречу, наш источник должен испустить свет с 300 000 - 150 000 = 150 000 км/c
    Для удаляющегося, по-видимому, 450 000 км/с (сам спутник летит 150 000, а наш свет должен настигать его со скоростью 300 000 км/с)
    Вот такое противоречие возникает с "вычитанием", очевидное и неспециалисту. Получается, не у физиков крах, а у оппонентов.
    
    Ответить
    - Видимо, Вы невнимательно прочитали ключевые фразы о другой системе отсчёта времени.
      Лет около 25 назад мне подарили книгу какого-то зарубежного автора о теории относительности и о жизни Эйнштейна с комментариями зарубежных же специалистов. К великому моему огорчению, автора я не помню, а книга давно утеряна. В ней описаны слова Эйнштейна, как он пришёл к пониманию теории относительности. Он часто думал, что такое свет, ведь он отвечает и корпускулярной теории (фотоны, элементарные частицы), и волновой теории - (частота электромагнитных колебаний, преломление света). Однажды он подумал, что будет, если броситься вдогонку за лучом света с той же скоростью и посмотреть на фотоны вблизи: какие они? И тут он понял, что это неосуществимо, потому что свет всё равно будет удаляться от него с той же скоростью. В той же книге говорится о том, что время в движущихся системах течёт медленнее, обратно пропорционально скорости движения, вспомните знаменитый пример с двумя близнецами, а при движении со световой скоростью, великий мэтр предполагал (заметьте: предполагал, а не утверждал), что время полностью останавливается. И в самом деле, вроде бы фотон вечная штука, вне времени, однако он имеет определённую частоту колебаний в определённый период времени, которая поддаётся измерению. А теперь небольшая арифметика: при движении со скоростью 150 000 км/сек время течёт медленнее в два раза, поэтому Вы двигаясь с этой скоростью, включаете фонарик вперёд и луч света устремляется от Вас со скоростью 150 000 км/сек. Но для Вас секунда - это две секунды для постороннего, неподвижного, наблюдателя, т.е. получаем искомые 300 000 км/сек. Включите его назад и луч света полетит от Вас с той же - 150 000 км/сек - скоростью, поскольку минусуем Вашу скорость из скорости света, и опять же учитываем двукратное изменение течения времени, и "О чудо!" - снова те же непреложные 300 000 км/сек. Кстати и не специалисту ясно, что 150 000 - 300 000 = -150 000. Такая вот высшая математика. И, как невежественный горлопан, могу добавить, что весь этот опыт - всего лишь ещё одна попытка измерить скорость света (причём с очень большой погрешностью), поскольку никак не измерена скорость удаления пучка фотонов от пучка электронов. Да и саму скорость света невозможно измерить, в природе нет состояния неподвижности: мы с поверхностью земли движемся вокруг оси, земля в это время - вокруг солнца, оно, в свою очередь, вокруг центра галактики, которая по теории расширяющейся вселенной, вообще неизвестно куда чешет. Так какова скорость света? И относительно чего?
      Даже великий Эйнштейн (это абсолютно безо всякой иронии) сомневался, что время останавливается, отчего же мы то так самоуверенны?
      
      Ответить
      - Это опять же из вышеназванной книги. Поскольку физики не могут инструментально измерить изменение времени при релятивистских скоростях, измерения проводятся по красно-фиолетовому смещению спектра. Общая теория разбита на несколько специальных теорий, т.е. на несколько частных случаев (Эйнштейну не удалось создать единую теорию поля). В специальных теория рассматривается изменение пространства-времени по нескольким параметрам: наличие сильного гравитационного поля, движение систем отсчёта относительно друг друга, вращение гравитационного поля, движение системы отсчёта в направлении вращения или против него. Современные физики могут оперировать скоростями, в десятки тысяч раз меньшими скорости света и измерения проводятся по косвенным признакам, однако они подтверждаются на практике, в частности, в системе GPS. Точнейшие атомные часы установлены на всех спутниках и они постоянно корректируются в соответствии с теорией относительности. В свете этой теории физиками разработано около 30 различных теорий, вычисления по которым численно сопоставимы с теорией Эйнштейна. Несколько из них дают более точные измерения. Даже Артур Эдингтон, без участия которого Эйнштейн не состоялся бы, в некоторых местах существенно подкорректировал своего друга. Та теория, о которой говорил я, утверждает, что скорость света конечна. Но она может быть медленнее. Об этом говорит и снижение скорости при прохождении сквозь прозрачные среды, отличные от вакуума, и снижение скорости при прохождении рядом с сильными источниками гравитации. Да и само красное смещение некоторыми трактуется, не как "эффект Доплера", а как, снижение скорости света.
        Что бы не быть голословным, цитата:
        Эксперимент Хафеле - Китинга является одним из тестов теории относительности, непосредственно продемонстрировавшим реальность парадокса близнецов. В октябре 1971 Дж. Хафеле (J.C. Hafele) и Ричард Китинг (Richard E. Keating) взяли четыре комплекта цезиевых атомных часов на борт коммерческих авиалайнеров и дважды облетели вокруг света, сначала на восток, затем на запад, после чего сравнили «путешествовавшие» часы с часами, остававшимися в Военно-морской обсерватории США.
        Согласно специальной теории относительности, скорость хода часов наибольшая для того наблюдателя, для которого они находятся в состоянии покоя. В системе отсчёта, в которой часы не покоятся, они идут медленнее, и этот эффект пропорционален квадрату скорости. В системе отсчёта, покоящейся относительно центра Земли, часы на борту самолета, движущегося на восток (в направлении вращения Земли), идут медленнее, чем часы, которые остаются на поверхности, а часы на борту самолета, движущегося в западном направлении (против вращения Земли), идут быстрее.
        Согласно общей теории относительности, в игру вступает ещё один эффект: небольшое увеличение гравитационного потенциала с ростом высоты опять-таки ускоряет ход часов. Поскольку самолеты летели приблизительно на одной и той же высоте в обоих направлениях, этот эффект мало влияет на разность хода двух «путешествовавших» часов, однако он вызывает их уход от показаний часов на поверхности земли.
        
        Ответить
        
        О чем тут речь? - "после чего сравнили «путешествовавшие» часы с часами, остававшимися в Военно-морской обсерватории США". Кто сравнивал? Кто статью-то писал? Тот кто летал на самолёте или тот кто оставался на земле? Просто у этих товарищей результаты должны быть совсем разными. Если сравнивал тот чувак, который оставался на базе, то для него должны были отставть часы у Киттинга с Хафелом. Если сравнивал, допустим, Киттинг, то часы отстать должны были уже у базы (и у Хафеля тоже, даже больше). Ну и на взгляд Хафеля, часы отстали, наоборот, у Киттинга (и на базе, но меньше)).
        Т.е:
        - Хафель запишет в дневник наблюдений "Часы Киттинга отстали".
        - Киттинг запишет в дневник "Часы Хафеля отстали".
        - Киттинг посмотрит в дневник Хафеля, и увидит там "Часы Киттинга ушли вперёд".
        Т.е. с тех пор по ТО чувак на базе, Киттинг и Хафеле НИКОГДА не смогут вывести ОДИН результате потому-что их - ТРИ! По числу, соотвественно, наблюдателей-эксперементаторов. И для каждого наблюдателя его коллеги будут подверждать его личный результат, который отличается от других.
        Ну а я, как читатель статьи, получаю четвёртый результат, уже относительно меня. Соотвественно, если Киттинг и Хафель относительно МЕНЯ, читателя статьи, двигались, то их часы и отстали. И, соотвественно, про это Я и прочту в статье. В той статье, которую увижу только я и почти все остальные на Земле...
        Но лично ни Киттинг, ни Хафель никогда не узнают, что они её писали и что увидят жители земли - у них, лично, были совсем другие результаты... И публикацию об этих результах во всём мире смогут увидеть человек 20. Из тех, что были на борту вместе с ними...
        Вот такое г... получается по вашей любимой теории. И как можно в эту бодягу верить? Недаром Эйнштейн вам язык показывал...
        
        Ответить
        
        Да и вообще, зачем летать? Билеты для отчета по командировке можно выпросить у прилетающих пассажиров возле зала выдачи багажа.
        Я понимаю, Вы хотели сориентировать людей на поиски ошибки в рассуждениях. Но в теперешнее время публика просто поддакнет "Эйнштейн - дурак" и не станет копаться. Надо было хоть намек сделать о неинерциальности всех трех систем отсчета...
        
        Ответить
        
        > Надо было хоть намек сделать о неинерциальности всех трех систем отсчета...
        А почему эта "неинерциальность" как-то должна влиять на результаты этой моей логической выкладки, как Вы думаете? Ведь измерения у авторов эксперимента проводились именно что с "чисто" неинерциальными системами отсчёта (туда-суда улетающие-прилетающие самолёты, туда-суда изменяемое гравитационное поле и т.п). И это обстоятельство авторов совершенно не напрягало - измерили, посмотрели, объявили - ага, вроде замедление есть! Ведь тогда получается, что если у них есть это замедление, то и описанная мной дикость - реальность? Или есть какой-то третий вариант?
        
        Ответить

Поясните, пожалуйста, каким образом указанные эксперименты могут подтвердить либо опровергнуть второй постулат СТО? Как соотносятся требование на инерциальность системы отсчёта с ускоренным движением электронов?

Ответить

За что боролись, на то и напоролись...
arXiv:1109.4897v1
Abstract: The OPERA neutrino experiment at the underground Gran Sasso Laboratory has measured the velocity of neutrinos from the CERN CNGS beam over a baseline of about 730 km with much higher accuracy than previous studies conducted with accelerator neutrinos. The measurement is based on high-statistics data taken by OPERA in the years 2009, 2010 and 2011. Dedicated upgrades of the CNGS timing system and of the OPERA detector, as well as a high precision geodesy campaign for the measurement of the neutrino baseline, allowed reaching comparable systematic and statistical accuracies. An early arrival time of CNGS muon neutrinos with respect to the one computed assuming the speed of light in vacuum of (60.7 \pm 6.9 (stat.) \pm 7.4 (sys.)) ns was measured. This anomaly corresponds to a relative difference of the muon neutrino velocity with respect to the speed of light (v-c)/c = (2.48 \pm 0.28 (stat.) \pm 0.30 (sys.)) \times 10-5.

Ответить

Интересно... ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМЛИ И СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Казанский физико-технический институт КНЦ РАН, 420029,
Казань, Сибирский тракт, 10/7, Россия, [email protected]

При слежении за геостационарным спутником было обнаружено влияние равномерного движения Земли на аберрацию электромагнитных волн от источника, установленного на спутнике. При этом впервые были измерены параметры орбитального движения Земли без применения астрономических наблюдений за звездами. Среднегодовая скорость найденной орбитальной компоненты движения оказалась равной 29.4 км/сек, что практически совпадает с известным в астрономии значением орбитальной скорости Земли 29.765км/сек. Также были измерены параметры галактического движения Солнечной системы. Полученные значения равны: 270o - для прямого восхождения апекса Солнца (известное в астрономии значение 269.75o), 89.5o - для его склонения (в астрономии 51,5o, и 600 км/сек для скорости движения Солнечной системы. Тем самым доказано, что скорость равномерно движущейся лабораторной системы координат (в нашем случае Земли) реально может быть измерена при помощи устройства, в котором источник излучения и приемник находятся в состоянии покоя относительно друг друга и этой же системы координат. Это является основанием для пересмотра утверждения специальной теории относительности о независимости скорости света от движения наблюдателя.

Ответить

Спасибо за очень интересное сообщение. Тут же перечитал всё, что подвернулось на тему аберрации. Следовательно, теперь есть возможность определить скорость движения галактики в соответствии с теорией расширения вселенной. Или опровергнуть эту теорию.

Ответить
- Возможно вам это пригодится для справки (Ц) ....1926 Э. Хаббл обнаружил, что близкие галактики статистически укладываются на линии регрессии, которую в терминах доплеровского смещения спектра можно характеризовать почти постоянным параметром
  H = VD / R ,
  где VD – смещение спектра, переведенное в доплеровскую скорость , R – расстояние от Земли до галактики
  Реально сам Э. Хаббл не утверждал доплеровской природы этих смещений, а первооткрыватель “новых и сверхновых” звезд Фриц Цвики еще в 1929 году связал эти смещения с потерей энергии квантами света на космогонических расстояниях. Более того, в 1936 году на основании исследования распределения галактик Э. Хаббл пришел к выводу, что оно не может быть объяснено эффектом Доплера.
  Однако восторжествовал абсурд. Галактикам с большими красными смещениями приписывается почти световая скорость в направлении от Земли.
  Анализируя красные смещения различных объектов и вычисляя “постоянную Хаббла”, можно увидеть, что чем ближе находится объект, тем больше от асимптотического значения 73 km/(s Mps) отличается этот параметр.
  Реально для каждого порядка расстояний существует свое значение этого параметра. Взяв красное смещение от ближайших ярких звезд VD = 5 , и разделив его на стандартное релятивистское значение получим абсурдную величину расстояний до ближайших ярких звезд R = 5 / 73 = 68493
  извините таблицу представить сдесь не могу))
  
  Ответить
  - - - По поводу Баллистики и прочего нашел в нэте интересное суждение на эту тему...Дело в том, что глубоко физический закон инерции Галилея , гласящий (в современной формулировке):
        “Всякое физическое тело, покоящееся или движущееся в физической среде с постоянной скоростью прямолинейно или по окружности вокруг центра инерции, будет продолжать это движение вечно, если другие физические тела или среда не окажут сопротивления этому движению. Такое движение есть движение по инерции”,
        Был преобразован Ньютоном, 1687, в формулировку :
        "Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus illud a viribus impressis cogitur statum suum mutare"
        “Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейно движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние”.
        В современной формулировке так называемый “первый закон Ньютона” еще хуже:
        “Всякая материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет ее из этого состояния”.
        При этом чисто экспериментальный физический закон, найденный Галилеем в 1612 – 1638 годы, отточенный к 1644 году Рене Декартом и Христианом Гюйгенсом, и широко известный к моменту перехода Исаака Ньютона от алхимической к физико-математической деятельности, превратился у последнего в философский нонсенс – движение абстрактной “материальной” точки в пустоте. Исключены были 3 вращательные степени свободы движения по инерции и среда - носитель.
        Я понимаю, насколько современному человеку, в сознание которого движение в пустоте было внедрено на уровне инстинкта, догматической веры, трудно осознать алогичность этого, несоответствие ньютоновской интерпретации реалиям Природы. Однако, не теряя надежды на понимание, попытаюсь довести свою точку зрения до читателя.
        Если бы движение какой-либо физической системы происходило в абсолютной (абстрактной) пустоте, то было бы невозможно даже логически отличить это движение от покоя, так как пустота не имеет отличительных признаков (меток), по которым можно было бы определить это движение. Данное “математическое свойство” было использовано как обоснование релятивизма, хотя это “свойство” существует только в теории, в умах релятивистов, но не в Природе.
        Здесь необходимо отметить, что феноменологический принцип относительности Галилея, если не акцентировать внимание на тривиальной математической стороне – декартовом преобразовании координат, утверждает лишь то, что при обычных низких скоростях, с которыми имеют дело люди в повседневной жизни, разница между инерциальными системами отсчета не чувствуется. Для эфирной среды эти скорости так ничтожны, что физические явления протекают одинаково.
        С другой стороны, линейное движение, измеряемое в пустоте относительно других тел, не может быть объективной однозначной мерой движения, так как зависит от произвола наблюдателя, то есть выбора системы отсчета. В терминах линейного движения скорость камня лежащего на земле можно считать равной нулю, если брать за систему отсчета Землю, и равной 30 км/с, если взять за систему отсчета Солнце.
        Вращательное движение, объявленное частным случаем и выброшенное Ньютоном из формулировки закона инерции, в отличие от поступательного движения, является абсолютным и однозначным, так как Вселенная заведомо не вращается вокруг всякого камня.
        Таким образом, первоначально чисто феноменологический закон Галилея был обрезан на три степени свободы, лишен физической среды и превращен в некую абстрактную догму, остановившую развитие механики и физики в целом, замкнув мысли физиков только на линейное относительное движение.
        
        Ответить
        
        То есть, нет проблем одновременно участвовать в нескольких видах движения? И причины этого движения могут быть различны? Тогда зачем приписывать одиночной звезде движение _только_ в результате расширения Вселенной?
        Хаббловская постоянная ~70 км/с на _мегапарсек_. Т.е. на расстоянии ближайших звезд, несколько парсек, вклад расширения в миллион раз меньше, порядка 10 см/с
        
        Ответить
        
        ))) прчина движения или обратного, вообще, боОльшая загадка, насчет расширения...вот вам от апологета эфирной физики (ц) ...Во-вторых, это мифическое расширение Вселенной, противоречащее фактам и логике. Относительно чего расширяется Вселенная, где репер? Почему ничтожная Земля - центр расширения? Как совершенно правильно пишет живой классик астрофизики д-р Арп, красное смещение никак не связано с расширением пространства или "разбеганием" галактик.
        В третьих, в реально наблюдаемой Вселенной мы видим объекты куда старше возраста "Большого Взрыва", например, галактические кластеры. Откуда они взялись? Не проще ли задать себе вопрос: откуда взялся обманщик, сочиняющий небылицы о "Большом Взрыве"?
        
        Ответить
        
        >Почему ничтожная Земля - центр расширения?
        Дался Вам этот центр! Закон Хаббла V = H * R (для Земли)
        Возьмите другую точку и пересчитайте скорости для нее, по-простому, по Галилею. Выйдет то же самое V1 = H * R1
        И кто из них центр?
        >красное смещение никак не связано с расширением пространства или "разбеганием" галактик.
        Хорошо. А с чем связано?
        >В третьих, в реально наблюдаемой Вселенной мы видим объекты куда старше возраста "Большого Взрыва", например, галактические кластеры.
        Как оценен их возраст? Еще Зельдович моделировал гравитационное сжатие вещества после БВ, и у него вполне получались кластеры (т.н. "блины")
        > откуда взялся обманщик, сочиняющий небылицы о "Большом Взрыве"?
        Леметр? Из Шарлеруа. А что?
        
        Ответить
        
        По поводу Зельдовича и космического микроволнового фона Он был теоретически предсказан еще в начале ХХ века классиками физики Дмитрием Ивановичем Менделеевым, Вальтером Нернстом и другими, и экспериментально измерен с высокой точностью проф. Эрихом Регенером в 1933 году (Штуттгарт, Германия). Его результат 2.8°K практически не отличается от современного значения. И обьяснение его происхождениея БВ не есть само доказательство... моделирование как показывает практика)) ...не есть последняя инстанция в силу своей субьективности по отношению к обьекту...
        
        Ответить
        
        >Как совершенно правильно пишет живой классик астрофизики д-р Арп,
        >красное смещение никак не связано с расширением пространства
        >или "разбеганием" галактик.
        Это не вопрос. Это утверждение. Сказавши "А", надо говорить "Б" - с чем тогда связано красное смещение. Хотелось бы услышать.
        
        Ответить
        
        Вот теперь вопрос конкретен.... а) В теории относительности доплеровское Красное смещение рассматривается как результат замедления течения времени в движущейся системе отсчёта (эффект специальной теории относительности). б)Хаббловское красное смещение есть результат диссипации энергии квантов света в эфире, его параметр “постоянная Хаббла” меняется в зависимости от температуры эфира. Два взаимоисключающих утверждения... и ответ заключен в одном из них...
        
        Ответить
        
        Температура, эфира? ....все что доподлинно известно это температура космического микроволнового фона 2.7ºK. Да и почему эта температура должна расти...?! И если уж говорить о эфирной теории было бы верно говорить не о теории а о эфирных гепотезах и теориях.. По поводу нынешнего состаяния температуры)) надеюсь что ничего не изменилось... По поводу времени...если следовать некоторым гепотезам...вечность)) в "обе стороны"...
        
        Ответить
        
        >Температура, эфира?
        Я всего лишь пользуюсь Вашей терминологией:
        "его параметр “постоянная Хаббла” меняется в зависимости от температуры эфира"
        >Да и почему эта температура должна расти...?!
        Потому, что "Хаббловское красное смещение есть результат диссипации энергии квантов света в эфире".
        Энергия штука такая, она имеет свойство сохраняться. На этот счет есть вполне достаточное количество феноменологических наблюдений. А диссипация, это не потеря энергии, но переход ее в неудобоваримую форму хаотического движения, т.е. тепло. И если у нас в запасе вечность (хотя бы в одну сторону, назад), то температура эфира должна стать бесконечно большой.
        
        Ответить
        
        Вот вы о чём...это цитата из работы... найденной мною в нэте)) ..."постоянная Хаббла меняется в зависимости от температуры эфира" ...в космосе возникают условия для изменения как плотности, так и температуры эфира эти условия создаются мощным излучением звезд.... а температура эфира постояна 2.723 ...))) ниже небывает. А диссипация в данном сучае это поглощение энергии эфиром, эфир всвою очередь отдает свою энергию движущимся частицам вещества, тем интенсивнее, чем быстрее движется частица. Таким образом, звезды, содержащие массы разогретого газа, являются поглотителями энергии эфира, которая затем излучается ими в пространство в виде квантов электромагнитного излучения.
        
        Ответить
        
        >эфир всвою очередь отдает свою энергию движущимся частицам вещества,
        >тем интенсивнее, чем быстрее движется частица
        Эффект был бы заметен на ускорителях частиц, том же LHC, чего не наблюдается.
        
        Ответить
        
        ))И не удивительно что это было "незамеченно" на существующих ускорителях,еще бы было удивительней обратное,все это справедливости ради можно отнести и к бозону хикса. Даже отметая все субьективные факторы возникает вопрос возможно ли это вообще с технической точки зрения, гепотетический обнаружить тот энергетический процесс с помощью ускорителей и как это просчитать? Ведь если следовать некоторым эфирным теориям...само явление гравитации и есть процесс "круговорота энергии в природе" между веществом и не веществом вернее недовеществом то бишь эфиром"...
        
        Ответить
        
        "возможно ли это вообще с технической точки зрения, гепотетический обнаружить тот энергетический процесс с помощью ускорителей и как это просчитать?"
        Элементарно. Прочитайте в разделе "Плакаты" у И.Иванова описание ускорительных секций коллайдера, и Вы сразу поймете, почему это легко.
        Вот если перейдут на лазерные способы разгона, там можно будет какие-то проценты списать. Но тоже не столько, чтобы за счет этого звезды светились.
        
        Ответить
        
        ))Неужели найден способ одновременного измерения импульса и координат частицы на ускорителях, ....а без этого наблюдать подобный процесс)) или его отсутствие невозможно... Планковская метрика знаетели-с...
        
        Ответить
        
        Достаточно знать энергию частицы, а она известна достаточно точно по калориметрическим измерениям. При скорости ~с процесс передачи энергии эфира будет идти в тысячу раз сильнее, чем на Солнце.
        
        Ответить
        
        Все же мне следует пояснить сушность передачи энергий эфира веществу в рамках одной из эфирной теории...на сколько это возможно в данном формате...Структура и параметры эфира. Эфир представляет собой иерархическую структуру состоящую из корпускулярного и фазового эфиров.
        Элементы корпускулярного эфира – сферические частицы радиуса Планка 1.6·10-35 [m] и инерции, численно равной массе Планка 2.18·10-8 или, что то же самое энергии Планка 1.96·109 [J]. Они находятся под действием чудовищного давления 2.1·1081 . Массив частиц корпускулярного эфира интегрально, то есть статистически, находится в состоянии покоя и представляет основную энергию Вселенной плотностью 1.13·10113 . Температура корпускулярного эфира абсолютно постоянна 2.723 0K. Ее невозможно изменить ни чем.
        Солнечная система движется относительно корпускулярного эфира со скоростью Маринова (360± 30 km/s). Это наблюдается как анизотропия космического микроволнового фона и сидерическая зависимость скорости света, установленная проф. Ст. Мариновым в 1974 – 1979 годах . Однако, микроволновый фон не есть излучение корпускулярного эфира. Это излучение “надстройки” над корпускулярным эфиром – эфира фазового.
        Фазовый эфир состоит из тех же корпускул (амеров, в терминологии Демокрита), что и корпускулярный эфир. Разница в их фазовом состоянии. Если корпускулярный эфир представляет собой сверхтекучую жидкость, подобную твердому гелию, то есть на самом деле род зыбучего песка без какого-либо трения между частицами, то массив фазового эфира подобен насыщенному пару, вкрапленному в массив корпускулярного эфира.
        Основная часть фазового эфира связывает корпускулярный эфир в эфирные домены, линейные размеры которых в 1021 раз больше частиц корпускулярного эфира. Частицы связанного фазового эфира представляют собой квазисферические сетки–авоськи, в каждой из которых 1 эфирный домен из ~1063 частиц корпускулярного эфира. Эфирные домены являются пустыми заготовками элементарных частиц – электронов, протонов, мезонов… Они видятся современным физикам как виртуальные частицы, которых как бы нет и которые как бы есть в одно и то же время.
        При бомбардировке элементарных частиц на мгновение наблюдаются связывающие их частицы фазового эфира, которые физики считают кварками, приписывая им дробный заряд.
        Во Вселенной связанного эфира в 1063 раз меньше, чем корпускулярного, но в 1063 раз больше, чем вещества. Температура связанного эфира также константна и находится в строгом балансе с температурой корпускулярного эфира. Энергоемкость связанного эфира ~3·1049 и его плотность ~3·1032 также настолько велики, что его температуру и эти параметры невозможно изменить.
        Однако, существует еще одна разновидность эфира – свободный фазовый эфир, свободно блуждающий по космосу (по границам эфирных доменов),и накапливающийся в веществе в пропорции 5,1·1070 , создавая явления гравитации и гравитационной массы.
        Гравитация есть процесс фазового перехода этой разновидности эфира в корпускулярный эфир, при котором вокруг вещества возникает градиент давления эфира. Этот градиент и есть сила гравитации.
        Являясь элементарными электрическими диполями, то есть “нарушителями” баланса давления в фазовом эфире (на границе доменов, что не сказывается на давлении корпускулярного эфира), амеры фазового эфира являются причиной возникновения явлений поляризации (анизотропия распределения диполей), электрического поля и зарядов (отклонение давления в фазовом эфире в большую или меньшую сторону) и электромагнитного поля (света).
        Так как энергетическая плотность свободного эфира 2.54·1017 не настолько велика, чтобы ее нельзя было изменить, и то реально в некоторых случаях можно наблюдать это изменение в виде изменения скорости света и красного смещения.
        И следуя далее, в данных приходящих с детекторов есть информация о передаче энергии эфиром веществу но вычленить её на данный момент невозможно...данный обьмен и есть сама суть существования материи, наличие массы и движения, гепотетический на мой взгляд конечно... Если вас заинеросовали подробности то вы можете это найти забив часть цитируемого мною текста в поисковик. Это одна из работ Карима Хайдарова.
        
        Ответить

Опыт по проверке второго постулата СТО можно не усложнять, а взять и проверить эквивалентное утверждение: в прозрачном теле, как в движущемся, так и в покоящемся, скорость света одинакова и зависит от показателя преломления среды. Более того, это уже сделано Арманом Ипполитом Луи Физо, о чем напомнил Е. Александров.
В опыте 1851 года источник света покоился, а среда (вода в параллельных трубах) перемещалась встречно и попутно ходу луча. И оказалось, что вода как будто бы добавляет свету какую-то скорость при попутном движении и столько же отнимает при встречном. Но при этом сложение скоростей воды и света оказалось не классическим: данные опыта были ровно в два раза меньше расчетных по принципу относительности Галилея. При этом предсказания теории Френеля (прототипа СТО) отличались от измеренных значений на 13 %.
Интрига состоит в том, что любой опыт типа Физо (например, мультипараметрический, когда в эксперименте задействованы разные жидкости, используются различные скорости их течения, а в лабораторной установке меняется длина труб и частота используемого света) будет давать результат, ровно вдвое меньше расчетного по классическому закону сложения скоростей. Почему? Да потому, что скорость света – это не скорость и складывать ее со скоростью воды, например, не корректно и метрологически и семантически. Ведь скорости и их квадраты определены по отношению к разным единицам измерения. Подробно об этом можно узнать, запросив в поисковике ссылки на «квадроскорость». У нас есть Земля, орбитальная скорость которой (30 км/с) всего на порядок меньше скорости теплового движения частиц Солнца.
Солнце получает и отдает 2е-5 Вт/кг (я буду писать в экспоненциальной нотации, 3,14е+2=3,14×10²=314).
Тогда для Земли это будет 1е-6 Вт/кг, т.е. каждый килограмм земного вещества будет получать каждую секунду 1е-6 Дж кинетической энергии.
Все скорости далеки от световых, поэтому чисто школьная физика.
∆E = mV²/2 - mV˳²/2 = (m/2)×(V²-V˳²)≈ m×∆V×V
∆V = ∆E/mV, m=1кг V=3e+4 м/с ∆V≈3е-11 м/с за секунду
Это, конечно очень мало и совершенно незаметно, но секунд у нас сколько?
В году примерно 3е+7, т.е. за год скорость возрастет на 1е-3 м/с, на 1 мм/с
За тысячу лет 1 м/с За миллион 1 км/с За миллиард лет...
Вы готовы податься к креационистам Молодой Земли? Я - нет.
Закрывают ли эти расчеты передачу энергии от эфира? Нет. Но они ставят верхнюю планку для этой передачи такую, что в тепловыделении Солнца эфирный вклад погоды не делает.
Приходится возвращаться к термояду.
"И думается мне ядерные реакции являются принципиально нестабильными в отсутствии искусственной обратной связи и раз возникши реакция основного вещества солнца – протия не происходила бы плавно и стабильно, а взорвала бы солнце как водородную бомбу."
Во-первых, обратная связь есть, взрыв разбрасывает непрореагировавшее вещество в стороны, уменьшая его концентрацию. Где-то попадалась цифра, что в ядерной бомбе реагирует примерно 10% плутония. Печально известный чернобыльский реактор взорвался, но не так, как в Хиросиме.
Во-вторых, кинетика вещь сложная, и, при всей своей энергетической выгодности, некоторые процессы идут неспешно. Иначе бы мы не смогли пользоваться металлами в нашей кислородной атмосфере.

Ответить

Да нестоило мелочится))) 30км/с, ...а галактическое 220км/с? Плюс собственное вращение вокруг своей оси? Бог мой сколько должно быть энергии...где же она?! А ведь я незря упомянул в предедущем посте о МАССЕ и гравитируюшем свободном фазовом эфире, или гравитация по вашему не требует энергии,так сказать "беззатратный метод" ?!Фазовый переход эфира, то есть свободный фазовый эфир конденсируясь или гравитируя при взаимодействие с веществом преврашаяся в корпускулярный эфир при этом фазовый переход происходит сферически симметрично, “схлопывания” амеров компенсируются, не производя броуновского движения частиц.
в результате этого превращения вокруг гравитирующего вещества создается сферически симметричная разница давлений, что и определяет градиент поля тяготения,а где есть сила там есть и энергия... Так что креационисты могут отдыхать,хотя пару припарок им)) поставить следовало бы. И должен заметить, для меня лично, выше сказанное это пока гепотеза. По поводу солнца...в своё время было предположено, что основой ядерного синтеза является протон - протонная реакция синтеза в результате которой появляются более тяжелые химические элементы и энергия и время действия такого гипотетического горения было бы достаточно для 10 (в десятой степени) лет существования солнца, но, земля, планеты земного типа, астероиды существуют уже 4,56 миллиарда лет и за это время солнце должно было израсходовать до половины своего водорода а исследованиями же подтверждено что химический состав Солнца и межзвездной среды практически идентичны, и выходит что за все время "горения" Солнца водород практически не расходовался. И поток нейтрино исходит не от внутренних высокотемпературных частей Солнца, а от экваториальных поверхностных слоев и подвержен сезонным колебаниям суточным, 27-дневным, годичным и 11-летним и самих нейтрино в несколько раз меньше того, который необходим для утверждения о наличии на солнце pp-реакции, много вообщем вопросов.... З.Ы. Есть вопросы посложней и интересней. Посоветуйте где их задать.

Ответить

Извините,
Академик Александров зачем-то в миллион первый раз доказал "независимость скорости света от скорости источника".
А где хотя бы одно-единственное доказательство "независимости скорости света от скорости приемника"?
Скорость волны на воде не зависит от скорости источника волны - мотороной лодки. Но ЗАВИСИТ от скорости приемников - пловцов. Пловец, плывущий навстречу волне зарегистрирует скорость волны большую, чем пловец плывущий от волны.
Если независимость скорости морской волны от скорости источника не доказывает независимость скорости морской волны от скорости приемника, то и независимость скорости световой волны от скорости источника никак не доказывает независимость скорости световой волны от скорости приемника.
Поэтому академик Александров действительно ничего не доказал. Как жаль.
А опроверграет идею об инвариантности скорости света существование лазерных гироскопов. Они действительно существуют и действительно работают. И работают они на принципе неодинаковости скорости света для различных приемников.
Мои соболезнования релятивистам.

Ответить

Мне представляется, что скорость света не является константой. Константой является её приращение, т.е. величина ускорения процесса распространения света в пространстве, которая численно равна постоянной Хаббла, если в размерности последней мегапарсек расстояния перевести в секунды времени и численное значение постоянной разделить на количество секунд в мегапарсеке. В этом случае закон Хаббла будет определять не скорость удаления наблюдаемых нами внегалактических объектов от Земли в зависимости от расстояния до этих объектов, выраженного во времени прохождения светового сигнала со скоростью с, а разницу в скоростях распространения электромагнитных волн между современной эпохой и тем временем, когда измеряемое нами излучение покинуло тот или иной объект. Подробнее см. на http://www.dmitrenkogg.narod.ru/effectd.pdf.
Скорость света постоянна (для различных ИСО) СОВСЕМ ПО ДРУГИМ причинам.
Переход между состояниями абстрактного атома - от состояния "основной" к "свечению" характеризуется перестройкой конфигурации атома. Элементы этой конфигурации массивны, т.е. для этого перехода нужно время.
Абстрактный заряд, как составляющая часть этого перехода, имеет своё поле. Это поле не массивное (безинерционное) , т.е. повторяет движение своего заряда одновременно с ним во всем пространстве.
При взаимодействии атома источника и атома приёмника, колебания полей зарядов атома источника действуют на заряды атома приёмника мгновенно ("сразу") , независимо от расстояния.
Т.е. "скорость света" имеет две составляющие - бесконечную скорость (полевого) взаимодействия и скорость перехода приёмника в состояние "свечения".
По сути - это качественно совсем другая теория - полевая колебательная.
В общем случае - для "постоянства скорости света" обязательно нужна бесконечная скорость взаимодействия.

Ответить

Написать комментарий

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства

Вторая световая скорость равна. Чему равна скорость света

Физика

Принцип Гюйгенса. Законы преломления и отражения света. Дисперсия света