С.Б. Каравашкин, О.Н. Каравашкина
e-mail: sbkaravashkin@gmail.com
блог «Classical Science»
В предыдущих статьях мы исследовали возникновение истинного и мнимого лучей [1] при движении прибора по отношению к светонесущей субстанции – эфиру. При этом показали, что и при отражении [2], и при преломлении [3] лучей для мнимых лучей нарушаются законы оптики, записанные для лабораторной системы отсчёта без учёта движения самой системы отсчёта по отношению к эфиру. Также мы указали, что эти эффекты должны проявляться и с точки зрения релятивисткой концепции, полностью разрушая её формализм, основанный на идентичности всех ИСО.
В данной работе мы проведём первичное исследование хода лучей в двояковыпуклой линзе при её синхронном движении вместе с источником и экраном относительно эфира. Первичность будет заключаться в том, что мы ограничимся сравнительно малыми скоростями прибора по сравнению со скоростью света. В сущности, эта как раз та ситуация, которую мы имеем в настоящее время при поисках эфирного ветра, когда скорость движения Земли оценивается в 30 км/сек, составляя четвёртый порядок малости по сравнению со скоростью света.
При выбранном диапазоне скоростей мы пренебрежём искажениями, вносимыми преломлениями в самой линзе, имеющими второй и более порядок малости, и акцентируем внимание на изменении луча при смещении оптической оси линзы в процессе прохождения луча света через прибор. Это приближение позволяет нам воспользоваться существующими законами геометрической оптики [4], что существенно упростит исследование, позволяя выявить, на наш взгляд, главные эффекты. Также важно, что мы будем производить построения в неподвижной по отношению к эфиру системе отсчёта и для истинных лучей, для которых сохраняются законы оптики.
На рис. 1 произведено построение, показывающее ход лучей от объекта, расположенного над исходной оптической осью и при поперечном движении прибора. Построение выполнено с учётом вышеуказанных условий и ограничений модели.
Рис. 1. Схема прохождения света в неподвижном (синяя линия) и в подвижном (оранжевая и розовая линии) приборе от объекта a (а); сравнение изображений в случае неподвижного прибора – a´ и движущегося по отношению к эфиру прибора – a´´ (b); a – объект наблюдения, 1 – линза, 2 – экран
Для сравнения, на схеме показан ход лучей при неподвижном относительно эфира приборе. В случае движения прибора, к моменту прохождения фронта света через линзу, она смещается по отношению к источнику света и вместе с нею смещается её оптическая ось, изменяя направление распространения луча после линзы. Одновременно с этим, луч, идущий от нижнего края объекта, тоже приходит не на оптическую ось смещённой линзы и изменяет направление своего распространения после неё.
В результате за счёт синхронного смещения экрана нижний луч объекта приходит в точку, находящуюся на оптической оси смещённой линзы, что в сопутствующей системе отсчёта будет означать сохранение положения данной точки на оптической оси линзы.
В результате движения, размер изображения будет отличаться от изображения при неподвижной линзе. Это хорошо видно на рис. 1b, демонстрирующем разные длины изображений. Но изменение длин значительно меньше, чем общее смещение прибора, и если само смещение находится на грани измерительных возможностей в оптике (с учётом неизбежного размытия объектов при значительном усилении), то подобная трансформация тем более находится за границами измеримости по данному методу. Налицо компенсирующий эффект, аналогичный тому, который проявляется в схеме Майкельсона, описанной нами [5].
Теперь сделаем аналогичное построение для объекта, расположенного под оптической осью линзы. Результат представлен на рис. 2.
Рис. 2. Пути лучей для объекта, расположенного под оптической осью
Из данного построения мы видим, что точка объекта, расположенного на исходной оптической оси, по-прежнему будет оставаться на оси линзы на экране. Также и соотношение размеров изображений сохранится, как и сохранится малость их разницы по сравнению со смещением оптической оси.
Изменим направление движения прибора относительно эфира. Соответствующее построение для объекта, расположенного над оптической осью, представлено на рис. 3.
Рис. 3. Траектории лучей для объекта, расположенного над оптической осью линзы при изменении направления движения прибора относительно эфира на противоположное
Траектории лучей для объекта, расположенного ниже оптической оси линзы, представлены на рис. 4.
Рис. 4. Траектории лучей для объекта, расположенного под оптической осью линзы, при изменении направления движения прибора относительно эфира на противоположное
Как мы можем видеть, во всех случаях поперечного движения прибора относительно оптической оси линзы осевая точка объекта также не смещается в сопутствующей системе отсчёта и трансформации изображений одинаковы, как и малы по сравнению со смещением прибора. Это свидетельствует, что изменение направления движения прибора на противоположное не покажет никаких изменений в размерах изображения по сравнению с неподвижным прибором.
Рассмотрим теперь изменение траекторий при совпадении направления движения прибора с оптической осью линзы. Соответствующие построения для объектов над оптической осью при направлении движения прибора, совпадающем с направлением распространения лучей, представлены на рис. 5.
Рис. 5. Траектории лучей для объекта, расположенного над оптической осью линзы при направлении движения прибора вдоль направления распространения света
Как видим, соотношение между длинами изображений изменилось на противоположное.
При движении прибора, встречном направлению распространения света, получим построение, представленное на рис. 6.
Рис. 6. Траектории лучей для объекта, расположенного под оптической осью линзы при направлении движения прибора вдоль направления распространения света
Здесь мы тоже имеем увеличение размера изображения, как и в предыдущем случае. Осевая же точка объекта по-прежнему остаётся на оси линзы в сопутствующей системе отсчёта.
Как и для поперечного движения, изменим направление движения прибора на противоположное. Для объекта над оптической осью получим представленное на рис. 7.
Рис. 7. Траектории лучей для объекта, расположенного над оптической осью линзы при направлении движения прибора противоположно направлению распространения света
В этом построении мы сталкиваемся с асимметрией по сравнению с поперечным движением прибора. Если при его движении вдоль направления распространения луча мы имели увеличение изображения по сравнению с неподвижным прибором, то при противоходе получаем уменьшение изображения. Для объекта под оптической осью получаем аналогично, что показано на рис. 8.
Рис. 8. Траектории лучей для объекта, расположенного под оптической осью линзы при направлении движения прибора противоположно направлению распространения света
Здесь тоже амплитуда изображения при движущемся приборе меньше изображения для неподвижной линзы.
На основе представленной серии построений можно сделать однозначное заключение. Общее изменение амплитуды изображения движущейся лупы по отношению к размеру изображения неподвижной лупы – асимметрично. Проявляется этот эффект при совпадении направления движения прибора с направлением распространения света. В этом случае получаемое изображение больше, чем изображение от неподвижного прибора. Приблизительно диаграмма должна быть похожа на представленную на рис. 9.
Рис. 9. Приблизительный вид диаграммы размера изображения в зависимости от направления движения прибора относительно эфира. Синим дана диаграмма изображений неподвижного интерферометра
Безусловно, точный вид зависимости может быть установлен при аналитическом решении задачи поиска траектории лучей при произвольном движении прибора относительно эфира. Но даже на данном уровне рассмотрения можно сделать вывод, что на самом принципе асимметричности потенциально можно пытаться выявить эфирный ветер, обходя известные на сегодня компенсирующие эффекты, характерные для этого направления исследований с помощью световых лучей. Единственная, а возможно, главная проблема состоит в том, что данная асимметрия значительно меньше величины смещения самого прибора, а с уменьшением измеряемых соотношений в оптике проявляются дифракционные эффекты, препятствующие достижению необходимой точности измерений. Но оценки возможности использования данного метода окончательно можно сделать только после точного расчёта.
Также хотелось бы снова отметить, что релятивистская концепция должна давать точно такие же результаты, если признает в качестве базового постулата сохранение законов классической физики в неподвижной системе отсчёта. Мы всё рассмотрение проводили именно в неподвижной системе отсчёта и для истинных лучей, для которых законы оптики для неподвижной системы отсчёта соблюдаются. Но выявленные изменения изображений полностью уничтожают формализм инвариантности, на основе которого развита релятивистская концепция.
Литература:
1. . Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Истинные и мнимые лучи света, – // блог «Classical science».
2. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Отражение от плоского зеркала, – // блог «Classical science».
3. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Преломление в движущихся средах, – // блог «Classical science».
4. Линза, – // Википедия.
5. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Роль маскирующих эффектов в эксперименте – // блог «Classical science».