К вопросу опыта Майкельсона-Морли Солонар Д П.

К вопросу опыта Майкельсона-Морли
Солонар Д П.
Институт экономики и новых технологий. г.Кременчуг
Как известно, опыт Майкельсона-Морли был поставлен с целью обнаружения
влияния орбитального движения Земли (абсолютного движения Земли сквозь
эфир)
на
интерференционную
картину,
полученную
с
помощью
интерферометра Майкельсона.
Однако этот опыт дал отрицательный результат, поскольку никакого
смещения
интерференционных
полос
на
экране
интерферометра,
предсказанного теорией [1, 2], не наблюдалось.
Чтобы согласовать теоретические и экспериментальные результаты,
была высказана гипотеза о том, что в результате движения линейный размер
тела, направление скорости движения изменяется в 1  k 2 раз,
v
где k  ;
c
v = 3104 м/с – предполагаемая скорость движения Земли;
с = 3108 м/с – скорость распространения света в вакууме.
В этом случае интерференционный эффект, обусловленный движением
Земли, полностью компенсируется эффектом сокращения размеров плеча
интерферометра, и отрицательный результат в опыте Майкельсона-Морли
V
C
V
L
2
S
V
B
1
V
L
Рис. 1
E
становится неизбежным.
Нами было высказано предположение, что отрицательный результат
опыта Майкельсона-Морли получился вследствие того, что его теоретический
анализ основывался только на классических законах движения материальных
тел [3]. Если же учитывать волновые свойства световых лучей, то в точку
встречи на пластине В они придут в одной фазе, что должно исключить
отрицательный результат опыта.
В таком случае, поскольку длина плеча интерферометра в опытах
составляла не менее одного метра, а смещение зеркал при данных условиях
эксперимента достигало незначительных величин (например, при L = 1 м, d =
10-4 м), то фронта волн первого и второго лучей нужно рассматривать как
плоские.
Измерительный прибор, экран, по которому определялся сдвиг полос,
жестко связан с интерферометром. Следовательно, и теоретический анализ
опыта необходимо проводить, используя систему отсчета, неподвижную по
отношению к интерферометру, Земле.
В этом случае положение фронтов волн первого и второго лучей, то есть
пройденные ими расстояния, необходимо определять от пластины В в пределах
интерферометра.
Поскольку распространение световых лучей в пространстве происходит
независимо от интерферометра, то при расчете времени их движения нужно
учитывать как скорость перемещения интерферометра, так и скорость
распространения лучей.
В опыте Майкельсона-Морли луч от источника света, достигнув
пластины
В,
раздваивается,
и
дальше
движутся
волны
двух
лучей
перпендикулярно друг другу (рис. 1).
При рассмотрении опыта предполагается, что в его начальный момент на
пластине В будут находиться первоначальные фронта волн с нулевой фазой.
Волна первого луча движется независимо от интерферометра в
направлении к зеркалу Е и после отражения от него – обратно к пластине В,
пройдя расстояние 2L.
Движение этого луча описывается уравнением бегущей волны
y1  A1  sin( t  kx) ,
(1)
где
у1 – смещение точки в момент времени t;
А1 – амплитуда колебаний волны первого луча, источника света;
  2 - циклическая частота колебаний;
k
2

- волновой коэффициент;
х – расстояние от источника до точки, в которой определяется
смещение;
 - частота волны;
 - длина волны.
Так как опыт рассмотривается в системе отсчета, связанной с Землей, а
его результат зависит от интерференции волн двух
лучей, приходящих на
пластину В, то при определении смещения y1 необходимо принять, что x  2L .
Время движения первого луча от пластины В до зеркала Е и обратно до
пластины
t
Таким
L
L
2L


.
c  v c  v c(1  k 2 )
образом,
после
некоторых
(2)
преобразований
относительное
смещение первого луча на пластине В
 2L
y1
2L 
 sin 

  2 .
2
Ai
  (1  k )  
(3)
При условии, что k=10-4
y1
2 L  10 8
 sin
 2 .
Ai

(4)
Откуда фаза волны первого луча в точке встречи со вторым лучом на
пластине В
1 
2 L  10 8

 2 .
(5)
Если рассматривать второй луч как волну с плоским фронтом, то его
фронт движется вдоль плеча интерферометра ВС, а зеркало С – вдоль этого
фронта.
Поэтому за время прохождения вторым лучом пути L2, равного длине
плеча интерферометра L, зеркало С сместится на расстояние, равное L  k .
После отражения от зеркала С волна второго луча направится к пластине
В, пройдя также путь L.
В момент встречи второго луча с пластиной первый луч будет
находиться на расстоянии L от пластины. Когда волна этого луча достигнет
пластины, движущейся ему навстречу, то волна второго луча пройдет от
пластины к экрану такое же расстояние L .
Уравнение движения второго луча тоже представляет собой уравнение
бегущей волны (1).
В данном уравнении время t, как и для первого луча, равно времени
распространения второго луча от пластины В до зеркала Е и обратно.
Так как смещение волны второго луча находится в точке встречи второго
и первого лучей на пластине, то за расстояние х 2 необходимо взять величину,
равную 2L.
Тогда относительное смещение

y2
2L
2L 
 sin 

  2 ,
2
A2



(
1

k
)


(6)
y2
2 L  10 8
 sin
 2 ,
A2

(7)
или
откуда фаза волны второго луча в точке встречи его с первым лучом на
пластине В
2 
2 L  10 8

 2 .
(8)
Так как амплитуды колебаний первого и второго лучей одинаковы, то,
следовательно, y1 = y2.
Как видно из выражений (5) и (8), фазы первого и второго лучей в точке
их встречи на пластине В одинаковы, в связи с чем на экране не будет
наблюдаться смещение интерференционных полос, что свидетельствует о
совпадении теории и эксперимента.
Таким
образом,
на
основании
вышесказанного,
можно
сделать
следующие выводы.
-
опыт Майкельсона-Морли нельзя рассматривать, используя только
законы движения классической механики, так как это приводит к
ошибочным выводам о влиянии движения Земли на скорость
распространения света;
-
поскольку лучи света обладают волновыми свойствами, то данный
опыт необходимо рассматривать на основе законов волновой оптики;
-
при таком рассмотрении опыта лучи должны приходить в точку
встречи
на
пластине
с
одинаковыми
фазами,
исключая
отрицательный результат опыта, что соответствует также и второму
постулату Эйнштейна о независимости распространения света от
скорости источника;
-
расстояние от источника света S до зеркал С и Е, то есть длина плеча
интерферометра, не оказывает влияния на результаты опыта и
поэтому при различной длине плеча смещение интерференционных
полос будет равно нулю.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Акоста В., Кован К., Грэм Б. Основы современной физики. – М.:
Просвещение, 1981.
2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. – Т. III. Оптика, физика атомов
и молекул. Физика атомного ядра и микрочастиц. – М.: Наука, 1970.
3. Солонар Д.П., Вашерук А.В. – К опыту Майкельсона-Морли - деп. № 233.
Ук.99.
Автор настоящей статьи будет признателен всем, кто примет участие в
ее критическом анализе и просит, в свою очередь, направить рецензии на
данную статью по адресу.