Новый очерк из серии публикаций о специальной теории относительности (СТО). Теория вроде бы отрицает существование эфира. Как связать это с опытом Физо, которым обнаружено увлечение света средой?
Именно СТО и дает исчерпывающее описание результатов опыта. А вот эфирную теорию данный опыт хоронит.
Частичное увлечение
Пару веков назад проводилось множество опытов со светом в прозрачных средах, например в воде. Были основания считать, что обнаружит себя эфирный ветер. Собственно, эта область исследований связана с очевидными вопросами:
- свет в прозрачной среде – распространяется все-таки в эфире, или уже нет?
- если в эфире, то эфир увлекается движущейся средой, или остается неподвижным?
Результаты опытов не укладывались ни в одну схему, и Френель выдвинул теорию «частичного увлечения эфира». Светоносный эфир все-таки увлекается средой, но лишь частично: степень увлечения тем больше, чем выше коэффициент преломления.
Почему так сложно? Как раз эта модель и объяснила, почему не удается обнаружить эфир! Сюда прекрасно лег и опыт Физо, проделанный позже.
Сюрприз: современные лазерные гироскопы, где свет распространяется в оптическом волокне, рассчитывают по формулам Френеля!
Эфирная теория подтвердилась?
Увы, нет. По Френелю эфир увлекается в степени, зависящей от коэффициента преломления среды. Но для разных длин волн показатель разный (дисперсия света). Что же выходит: есть множество эфиров, увлекаемых по-разному? Абсурд.
По данной причине говорили просто про увлечение света веществом, а сюжеты эфиров-кефиров отодвинули до поры в сторону. Странная ситуация: формулы Френеля работают, а их физическое содержание непонятно. Эфирное-то толкование провалилось!
А вот из СТО – формулы Френеля прямо выводятся! Их смысл ясен: работает эффект релятивистского «сложения скоростей». Дело не в каких-то свойствах вещества, а в самой скорости, в ее неинвариантности.
Как же все получается?
Свет в движущейся среде (воде), перемещающейся в ту же сторону, распространяется быстрее, чем в неподвижной воде. Он частично увлекается движением. Почему?
Скорость света в прозрачных веществах меньше, чем в вакууме, в n раз (n – показатель преломления). Согласно принципу относительности, в покоящейся среде эта скорость всегда одна и та же, независимо от того, в какой именно инерциальной системе отсчета (ИСО) среда покоится.
Перейдем в другую ИСО, в которой среда движется – в ту же сторону, что и свет. В новой ИСО скорость света, разумеется, изменится.
Вспомним, что инвариантной скоростью является с. Скорость, меньшая с, неинвариантна, и новая скорость должна вычисляться по известной формуле «сложения скоростей». Разумеется, результат будет больше скорости в неподвижной среде (но меньше с). Вот и получили «увлечение». Расчетная величина в точности соответствует результатам опытов.
Если свет движется против направлении движения среды, по той же формуле свет как бы тормозится встречным движением среды.
СТО не отрицает увлечение света средой!
Разумеется. Увлечение отсутствует только в пустоте, где отсутствует и сама среда.
Так что опыт Физо – надгробный камень на могиле эфира.