Реферат: К вопросу опыта Майкельсона-Морли Солонар д п. Институт экономики и новых технологий г. Кременчуг

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 раз,

где ;

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 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

, (1)

где у1 – смещение точки в момент времени t;

А1 – амплитуда колебаний волны первого луча, источника света;

- циклическая частота колебаний;

- 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 .

Время движения первого луча от пластины В до зеркала Е и обратно до пластины

. (2)

Таким образом, после некоторых преобразований относительное смещение первого луча на пластине В

. (3)

При условии, что k=10-4

. (4)

Откуда фаза волны первого луча в точке встречи со вторым лучом на пластине В

. (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 .

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 от пластины. Когда волна этого луча достигнет пластины, движущейся ему навстречу, то волна второго луча пройдет от пластины к экрану такое же расстояние .

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 х2 необходимо взять величину, равную 2L.

Тогда относительное смещение

, (6)

или

, (7)

откуда фаза волны второго луча в точке встречи его с первым лучом на пластине В

. (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:

Акоста В., Кован К., Грэм Б. Основы современной физики. – М.: Просвещение, 1981.

Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. – Т. III. Оптика, физика атомов и молекул. Физика атомного ядра и микрочастиц. – М.: Наука, 1970.

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.