ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.04.2024
Просмотров: 766
Скачиваний: 0
Дж.К.Максвелл, 1877 г.
возмущение, либо какая угодно физическая величина, способная принимать и положительные, и отрицательные значения. Какова бы ни была природа процесса, но если он может быть выражен уравнением этой формы, то процесс, происходящий в нашей не- подвижной точке, называется колебанием; постоянная A называ-
ется амплитудой; время 2 π /п называется периодом; а nt – рх + а
есть фаза.
Конфигурация в данный момент называется волной, а расстоя- ние 2π /р длиной волны. Скорость распространения есть n/p. Если рассматривать различные части среды, когда в них последователь- но происходит тот же самый процесс, то словом «волнообразный» мы обозначаем этот характер процесса без всякого ограничения его физической природы.
Дальнейшие сведения о физической природе процесса мы чер- паем из того факта, что если два луча поляризованы и если плос- кость поляризации одного из них поворачивать вокруг оси луча, то когда обе плоскости поляризации будут параллельны, появятся вышеописанные явления интерференции. Если поворачивать плос- кость далее, то темные и светлые полосы сделаются уже не так от- четливы, и если плоскости поляризации будут образовывать пря- мой угол, то освещение экрана сделается равномерным и никаких следов интерференции заметно не будет.
Следовательно, физический процесс, представляемый распро- странением света, должен быть не только величиной, обладающей направлением, должен быть не только вектором, способным менять свое направление на противоположное, но этот вектор должен сто- ять к лучу под прямым углом и находиться либо в плоскости поля- ризации, либо в плоскости, ей перпендикулярной, Френель предпо- лагал, что это есть перемещение среды, перпендикулярное к плос- кости поляризации. Мак-Келлог и Нейман предполагали, что это — перемещение в самой плоскости поляризации. Сравнение этих двух теорий нужно отложить до рассмотрения явлений в плотных сре- дах.
Но этот процесс может быть и электромагнитным, и так как в этом случае электрическое смещение и магнитное возмущение друг другу перпендикулярны, то можно предположить, что любое из них совершается в плоскости поляризации.
Все, что было сказано относительно излучений, действующих на наш глаз и называемых нами светом, приложимо также и к тем
12
Глава 1. Относительное движение эфира
излучениям, которые не производят на наш глаз никакого светово- го впечатления, так как наблюдались явления излучения, о которых мы узнаем только по их тепловым или по их химическим действи- ям.
Упругость, твердость и плотность эфира
Определив таким образом геометрический характер процесса, мы должны теперь обратить внимание на среду, в которой он имеет место. Какова бы ни была эта среда, мы будем называть ее эфиром.
Во-первых, она способна передавать энергию. Передаваемое ею излучение не только способно действовать на наши чувства, что уже само по себе служит доказательством производимой работы, но и нагревать тела, ого поглощающие; а измеряя теплоту, сооб- щаемую таким телам, можно вычислять энергию излучения.
Во-вторых, эта энергия передается от тела излучающего телу поглощающему не мгновенно, но некоторое время существует в среде.
Примем ли мы волновую теорию в форме, приданной ей Фре- нелем или Мак-Келлогом, половина этой энергии существует в форме потенциальной энергии, зависящей от нарушения равновес- ного состояния элементарных участков среды, а половина — в форме кинетической энергии, производимой движением среды. Следовательно, мы должны предположить, что эфир обладает уп- ругостью, подобной упругости твердого тела, а также, что он имеет конечную плотность. Если взять цифру Пулье, что прямой солнеч- ный свет, падая в течение минуты на квадратный сантиметр, сооб- щает 1,7633 единиц теплоты, то эта теплота эквивалентна
1,234 106 эргам в секунду. Разделив это число на 3,004 1010 , то есть на скорость света в сантиметрах в секунду, мы найдем, что энергия в кубическом сантиметре составляет 4,1 10−5 эрга. Вблизи
Солнца энергия в кубическом сантиметре приблизительно в 46000 больше, то есть равна 1,886 эрга. Если, следуя сэру В. Томсону, допустить, что амплитуда не больше одной сотой длины волны, то будет
Ap = 1002π , или около 161 ; так что
13
|
|
Дж.К.Максвелл, 1877 г. |
• Энергия в куб. сантиметре = |
1 |
ρV 2 A2 p2 = 1,886 эргам 1. |
2 |
• Наибольшее тангенциальное напряжение на кв. сантиметр =
ρV 2 Ap = 30,176 динам.
• Коэффициент упругости эфира = ρV 2 = 842,8.
• Плотность эфира ρ = 9,36 10−19.
Коэффициент упругости стали составляет около 8 1011 , а
стекла 2,4 1011. Если бы температура атмосферы всюду была 0° С
и если бы она находилась в равновесии вокруг Земли, предпола- гаемой находящейся в покое, то ее плотность в бесконечном удале- нии от Земли была бы 3 10−346 , что почти в 1,8 10327 , раз мень-
ше указанной плотности эфира. Следовательно, в межпланетном пространстве плотность эфира весьма велика в сравнении с плот- ностью разреженной атмосферы межпланетного пространства, но вся масса эфира внутри сферы, радиус которой равен расстоянию до самой отдаленной планеты, весьма мала сравнительно с массой самих планет 2.
Эфир отличен от обыкновенной материи
Когда свет движется через воздух, то очевидно, что среда, по которой свет распространяется, не есть самый воздух, потому что, во-первых, воздух не может передавать поперечных колебаний, а продольные колебания, им передаваемые, распространяются почти
вмиллион раз медленнее света. Твердые прозрачные тела, как стекло и кристаллы, без сомнения, способны передавать попереч- ные колебания, но скорость передачи ими этих колебаний все-таки
всотни тысяч раз меньше скорости, с которой свет передается че- рез эти тела. Следовательно, мы вынуждены принять, что среда, по которой свет распространяется, есть нечто отличное от прозрачной
1По мнению Франкфурта (1968), числа этого столбца неверно выведены
из данных. Их нужно заменить числами: 1,886; 60,352; 965,632 и 1,07·10−18. См. также Приложение 2 настоящего сборника. Прим. Ред.
2См.: сэр В. Томсон. «Trans. R. S. Edin.,», v. XXI, стр. 60.
14
Глава 1. Относительное движение эфира
среды, нам известной, хотя она и проникает во все прозрачные те- ла, а, вероятно, также и в тела непрозрачные.
Однако скорость света различна в различных прозрачных сре- дах, и, следовательно, мы должны предположить, что эти среды принимают некоторое участие в процессе, и что их частицы колеб- лются, как и частицы эфира. Однако энергия колебания частиц обыкновенного вещества должна быть значительно меньше энер- гии эфира, ибо иначе количество падающего света, отражающегося при переходе луча из пустоты в стекло или из стекла в пустоту, было бы гораздо больше, чем это бывает на самом деле.
Относительное движение эфира
Итак, эфир внутри плотных тел мы должны рассматривать как нечто такое, что слабо связано с плотными телами, и теперь нам нужно исследовать, несут ли с собой эти твердые тела, когда они движутся по великому океану эфира, содержащийся в них эфир или эфир проходит сквозь них, подобно тому, как морская вода прохо- дит сквозь ячейки сети, которая тянется за лодкой. Если бы можно было определить скорость света, наблюдая время, употребляемое им на прохождение от одного пункта до другого на поверхности Земли, то, сравнивая наблюдаемые скорости движения в противо- положных направлениях, мы могли бы определить скорость эфира по отношению к этим земным пунктам. Но все методы, которые
можно применить к нахождению скорости света из земных опытов, зависят от измерения времени, необходимого для двой- ного перехода от одного пункта до другого и обратно, и увели- чение этого времени вследствие относительной скорости эфи- ра, равное скорости Земли на ее орбите, составило бы всего около одной стомиллионной доли всего времени перехода и было
бы, следовательно, совершенно незаметно (курсив мой — В.А.)
Теория движения эфира едва ли достаточно развита, чтобы по- зволить нам составить строго математическую теорию аберрации света, принимая в соображение движение эфира. Тем не менее профессор Стокс показал, что, согласно весьма вероятной гипотезе относительно движения эфира, на величину аберрации это движе- ние не должно заметным образом влиять.
Единственный возможный способ прямого определения отно- сительной скорости эфира по отношению к солнечной системе за-
15
Дж.К.Максвелл, 1877 г.
ключается в сравнении значений скорости света, выведенных из наблюдений затмений спутников Юпитера, когда Юпитер виден с Земли приблизительно в противоположных точках эклиптики.
Араго предложил сравнивать отклонения луча света, посылае- мого звездой, по выходе его из ахроматической призмы, причем направление луча в призме образовывало бы различные углы с на- правлением движения Земли по ее орбите. Если бы эфир передви- гался в призме быстро, то можно было бы ожидать, что отклонение неодинаково, в зависимости от того, было ли направление света таково же, как и направление движения эфира, или эти направле- ния были противоположны.*
Автор 3 расположил опыт более удобным образом, взяв обык- новенный спектроскоп, в котором щель коллиматора была замене- на плоским зеркалом. Перекрещивающиеся нити наблюдательной трубы были освещены. Свет от некоторой точки нити проходил сквозь объектив, а затем сквозь призмы в виде пучка параллельных лучей, оттуда падал на объектив коллиматора, сходился в фокусе зеркала, которое отражало его, снова проходил через объектив и образовывал пучок, проходивший сквозь каждую призму парал- лельно своему первоначальному направлению, так что объектив наблюдательной трубы сводил его в фокус, совпадавший с той точ- кой перекрещенных нитей, из которой вначале он вышел. Так как изображение совпадало с предметом, то его нельзя было видеть прямо, но, отклоняя пучок путем отражения части его от плоской стеклянной поверхности, было найдено, что можно было отчетливо различать изображение тончайшей паутины, хотя свет, дававший изображение, дважды прошел сквозь три призмы под углом 60°. Сперва прибор поставлен был так, чтобы направление света при первом прохождении сквозь вторую призму совпадало с направле-
* Иван (ivanik1@yandex.ru) предполагает, что пионерские работы Араго (1811 г.) по измерению спектров звёзд в направлении восток — запад не показали положительный результат только из-за использования орбиталь- ной, а не галактической привязки апекса эфирного ветра (в направлении север — юг) в соответствии с более современными представлениями Миллера и Ацюковского. — Прим. ред.
3«Phil. Trans», CLVIII (1868), p. 532. [Сообщено проф. Максвеллом д-ру Гюгтинсу и включено им в мемуар о спектрах некоторых звезд и туман- ностей].
16