Досліди Саньяка, Майкельсона - Гаеля, Міллера

Валерій Петров

Вступ

Аналіз результатів дослідів Ейхенвальда і Вільсона дає підстави стверджувати, що, на Принаймні, в електродинаміки рух щодо ефіру завжди супроводжується цілком спостерігаються явищами, що відповідають швидкості такого руху. Чи не позбавленим сенсу тому виявляється питання про те, чи не супроводжується чи, всупереч загальноприйнятій думці, рух щодо ефіру також будь-якими оптичними явищами, що відповідають швидкості такого руху? Разом з тим, з дослідів Ейхенвальда слід, на наш погляд, цілком обгрунтований висновок, що тверді тіла, рідини, а також гази при ненульовий їх в'язкості непроникні для зовнішнього по відношенню до них ефіру, отже, «Ефірний вітер», зумовлений рухом Землі відносно світового ефіру, в атмосфері Землі не виникає, а тому не може бути виявлений ніякими дослідами, що суперечить, згідно з загальноприйнятою думкою, результатами дослідів Майкельсона - Гаеля і Міллера. Подивимося, наскільки загальноприйняті думки відповідають істині.

Досліди Саньяка

У 1912р. Гаррес, а потім Саньяк виконали так званий «вихровий» досвід, ідея якого полягала в тому, що промінь світла розділяється на дві, одна з яких рухається в напрямку обертання установки, інший - у протилежному напрямку. У досвіді Гарреса промені світла рухаються всередині кільця, складеного з прозорих кристалів; в досвіді Саньяка - в повітрі. Схема досвіду Саньяка наведена на рис.1.

Рис. 1. Схема досвіду Саньяка

Промінь світла потрапляє на напівпрозоре дзеркало A, де розщеплюється на два промені. Один промінь рухається по контуру ABCD, інший - у протилежному напрямку.

Коли прилад нерухомий, час, що витрачається на обхід замкнутого шляху ABCD, назад пропорційно v. Коли прилад обертається, час, що витрачається на обхід того ж контуру, обернено пропорційно величині (c + v) для променя світла, що рухається в одному напрямку, і величиною (c-v) для променя світла, що рухається в протилежному напрямку. Досвід Саньяка був повторений поганого в 1925 ... 1926гг. Як вважає С. І. Вавилов «Маленький інтерферометр Саньяка виявляє ... оптичний вихор », отже, він не захоплює ефіру. Таким є єдино можливе пояснення цього досвіду на основі подання про ефірі ... Якщо б явище Саньяка було відкрито раніше, ніж з'ясувалися результати дослідів другу порядку, воно, звичайно, розглядалося б як блискуче експериментальне доказ наявності ефіру. Але в ситуації, що створилася ... після досвіду Майкельсона, досвід Саньяка роз'яснив небагато »[1], головним чином тому, що ці досліди не були доведені до свого логічного завершення. По крайней мере, залишилося нез'ясованим головне питання: що таке прилад рухому і прилад нерухомий? Щодо чого вимірюється швидкість обертання інтерферометра в цих дослідах?

Можна сказати, що швидкість вимірюється щодо нерухомого повітря в лабораторії, де виконувалися ці досліди. Припустимо, однак, що досліди виконуватися у вакуумній камері, заповненої повітрям. Припустимо, що прилад обертається разом з вакуумної камерою. Є підстави стверджувати, що в цьому випадку обертання приладу разом з вакуумної камерою щодо стін лабораторії не буде супроводжуватися зміною інтерференційної картини, з якою б швидкістю не оберталася вакуумна камера разом з приладом, оскільки в цьому випадку відсутній рух приладу щодо навколишнього цей прилад повітря. Значить, причиною зміни інтерференційної картини є рух приладу щодо навколишнього прилад повітря? І дійсно, обертання приладу щодо повітря всередині нерухомої вакуумної камери призведе до зміни інтерференційної картини, що відповідає швидкості обертання приладу. Припустимо, однак, що у вакуумній камері створено глибокий вакуум. І в цьому випадку є підстави стверджувати, що обертання інтерферометра щодо нерухомої вакуумної камери призведе до зміни інтерференційної картини. Очевидно, що обертання приладу щодо стін вакуумної камери є одночасно обертання щодо вакууму або ефіру, що знаходиться всередині вакуумної камери. Отже, причиною зміни інтерференційної картини є обертання інтерферометра щодо вакууму або ефіру, нерухомого всередині нерухомої вакуумної камери. Якби Саньяк виконав такий досвід, сьогодні ні в кого не було б сумнівів у тому, що і в оптиці рух щодо ефіру завжди супроводжується цілком спостерігаються явищами, відповідними швидкості цього руху.

Припустимо, далі, що Саньяк дещо змінив схему свого досвіду так, як це зображено на рис.2. Як і раніше, промінь світла, проходячи через напівпрозоре дзеркало, розщеплюється на два промені, що рухаються у взаємно протилежних напрямках до непрозорим дзеркалам S1 та S2, відбиваються від цього дзеркала і, знову проходячи через напівпрозоре дзеркало, потрапляють на екран або у зорову трубу, де спостерігається інтерференційна картина. Прилад обертається щодо осі, що проходить через точку A.

Рис. 2. Змінена схема досвіду Саньяка

Є підстави стверджувати, що обертання приладу буде супроводжуватися зміною інтерференційної картини, відповідним швидкості його обертання. Неважко побачити, що схема цього досвіду відповідає схемою відомого досвіду Майкельсона - Морлі з тією лише різницею, що в досліді Майкельсона - Морлі прилад обертається разом із Землею щодо Сонця. Швидкість руху приладу в дослідах Саньяка складає величину порядку декількох метрів на секунду, і при цьому зміни інтерференційної картини виявляються цілком спостерігаються. Швидкість руху приладу в дослідах Майкельсона - Морлі складає величину порядку 30 кілометрів за секунду, і при цьому ніякої зміни інтерференційної картини не спостерігається.

Є й ще одне важлива обставина: в дослідах Саньяка має місце рух приладу щодо повітря, тоді як в дослідах Майкельсона - Морлі такого руху немає. Таким чином, є підстави стверджувати, що відсутність руху приладу щодо повітря означає те ж саме, що і відсутність руху приладу щодо вакууму або ефіру. Отже, «ефірний вітер», зумовлений рухом Землі, в атмосфері Землі не виникає, а тому й не може бути виявлений ніякими дослідами.

Досліди Майкельсона - Гаеля і Міллера

У 1925р. Майкельсона спільно з Гаель був виконаний досвід, метою якого було виявлення «ефірного вітру», обумовленого добовим обертанням Землі. Схема досвіду Майкельсона - Гаеля наведена на рис.3. Промінь світла, потрапляючи на напівпрозоре дзеркало D, розділяється на два промені, що рухаються у взаємно протилежних напрямках у трубах, прокладених по землі. Так як управляти швидкість обертання установки в цей досвід неможливо, «... Майкельсон зробив два контуру - великий DABCD ... та малий DAB'C'D "[2]. Один з променів світла рухається по контуру DABCD, другий - по контуру DAB'C'D. Оскільки BC одно B'C ', то різниця часів ходу променів в установці обумовлена різницею довжин l = AB + CD і l '= AB' + C'D.

Рис 3. Схема досвіду Майкельсона - Гаеля

Як відзначає С. І. Вавилов, «... площа малого контуру ... настільки мала, що зміщенням, викликаються обертанням Землі .., можна знехтувати »[1]. В дійсності, проте, це не так: різниця часів ходу променів обумовлена саме різницею довжин l і l '. При l '= 0 ніякої різниці часів не виникає.

При виконанні цього досвіду спостерігалася інтерференційна картина, що відповідає швидкості добового обертання Землі. Як вважає Л. І. Мандельштам, досвід Майкельсона - Гаеля «Це повторення досвіду Саньяка, але обертання установки обумовлено обертанням Землі »[2] .. Насправді, досвід Майкельсона - Гаеля - це повторення досвіду Майкельсона - Морлі. Відомо, що прилад в досвіді Майкельсона - Морлі можна було встановити так, щоб положення одного з плечей приладу відповідало напрямку добового обертання Землі. Чутливість приладу і точність вимірювань в досліді Майкельсона - Морлі були не нижче, ніж в досвіді Майкельсона -- Гаеля. Проте ні при якому положенні приладу в досвіді Майкельсона - Морлі «Ефірний вітер», у тому числі і обумовлений добовим обертанням Землі, виявлений не був. Точно так само і в досвіді Майкельсона - Гаеля «ефірний вітер», обумовлений орбітальним рухом Землі, не було виявлено, хоча напрямок добового руху Землі майже паралельно напрямку її орбітального руху. Це дає підстави стверджувати, що і в досвіді Майкельсона - Гаеля «Ефірний вітер», зумовлений добовим обертанням Землі, також не був виявлено.

У досвіді Майкельсона - Морлі промені світла рухаються в двох взаємно перпендикулярних напрямках. Очевидно, що, змінюючи довжину одного з плечей приладу, можна отримати інтерференційну картину, що відповідає очікуваної швидкості «Ефірного вітру».

У досвіді Майкельсона - Гаеля, де спостерігається інтерференційна картина обумовлена саме різницею довжин l і l ', завжди можна підібрати такі розміри AB' і C'D, щоб спостерігається при цьому інтерференційна картина відповідала очікуваної швидкості «ефірного вітру». Не має значення, чи є збіг розмірів великого і малого контурів у досвіді Майкельсона - Гаеля випадковим, або ж воно було навмисним, важливо інше - «ефірний вітер», зумовлений добовим обертанням Землі, який не був виявлений в дослідах Майкельсона - Морлі, не міг бути виявлений і в дослідах Майкельсона - Гаеля.

У 1921р. «... Міллер встановив інтерферометр ... на горі Маунт - Вільсон на висоті 6000 футів. Був виявлений дрейф ефіру близько 10 км/с у напрямку на північний захід. Виникла підозра про те, що спостережуваний ефект зобов'язаний походженням Магнітострикція. Сталева основа, що несе дзеркала, була замінена алюмінієвої та дерев'яною. Результат був той самий, що й раніше. Міллер витлумачив результати дослідів так: виявлено дрейф Землі щодо ефіру ... у напрямку до сузір'ю Дракона. У 1926р. Кеннеді побудував інтерферометр ... Оптична частина приладу містилася в герметичний металевий корпус ... Швидкості 10км/с відповідав зсув 0,008 смуги. Насправді зсув виявити не вдалося. Останнім з серії контрольних дослідів був досвід, поставлений Іосом в 1930р. в Ієні. Інтерферометр, змонтований на кварцовому підставі, містився в герметичний металевий кожух, з якого відкачувався повітря. Верхня межа реєструється ефірного дрейфу становила 1,5 км/с ... в 1933р. в ... статті про підсумки своїх робіт Міллер відмовився визнати, що експерименти останніх років відкидають його результати. На його думку, у всіх ... дослідах, де інтерферометр був поміщений у металевий корпус або містився в кімнатах з масивними стінами, нижче рівня Землі і т.д. були порушені умови для вільного руху ефіру »[3]. Так чи був виявлений «ефірний вітер» в дослідах Міллера чи ні?

Схема досвіду Майкельсона - Морлі нічим принципово не відрізняється від досвіду Міллера. У досвіді Майкельсона - Морлі прилад можна було орієнтувати в якому завгодно напрямку, однак ні при якому положенні приладу «ефірний вітер» не спостерігалося. Можна припустити, що чутливість приладу в досвіді Міллера значно вище, ніж у досвіді Майкельсона - Морлі. Насправді, чутливість приладу в дослідах Майкельсона - Морлі виявляється цілком достатньою, якщо ми врахуємо таку обставину.

Як випливає з правильного аналізу теорії цього досвіду, промінь світла, що рухається від напівпрозорого дзеркала до дзеркала З перпендикулярно до напрямку руху приладу, було відмовлено у напрямку, зворотному передбачуваного руху приладу, тобто в напрямку руху «ефірного вітру», обумовленого рухом приладу, як це зображено на мал.4.

Рис. 4. Рухомий прилад

Величина зміщення точки С щодо точки C 'визначається наступним співвідношенням:

СС '= Lv/c.

де L - довжина кожного з плечей приладу.

Відомо, що в дослідах Майкельсона - Морлі, виконаних у 1887р., величина L дорівнювала 30 метрам. Тоді величина відхилення точки С від точки С 'виявляється рівною 3 міліметрам (!) і могла б бути виявлена навіть неозброєним оком, проте нічого подібного не спостерігалося. Отже, не спостерігалося ніякого «Ефірного вітру» внаслідок повного захоплення ефіру атмосферою Землі при ненульовий її в'язкості, тому ніякого «ефірного вітру» не могло спостерігатися і в дослідах Міллера. Спостережуваний в дослідах Міллера ефект ніяк не пов'язаний з рухом Землі відносно світового ефіру.

У дослідах Міллера звертають на себе увагу наступні обставини:

направлення на сузір'я Дракона, в якому спостерігається найбільший ефект, збігається з напрямком на північний магнітний полюс Землі - звідси й виникла підозра, що причиною виявляється в досвіді Міллера ефекту є Магнітострикція;

ефект зменшується або зникає зовсім, коли інтерферометр поміщається в металевий ящик, в кімнатах з масивними стінами, нижче рівня Землі і т.д., - у всіх цих випадках магнітне поле Землі послаблюється; послаблюється також і ефект, виявляється в дослідах Міллера.

Перераховані обставини дають достатні підстави вважати, що ефект Міллера пов'язаний саме з магнітним полем Землі і означає, що швидкість світла в дослідах Міллера у напрямку вздовж ліній магнітного поля Землі і в напрямку, перпендикулярному цих лініях, виявляється різною. Не має значення, обумовлено Чи це розходження зміною коефіцієнта заломлення газів, що входять до складу атмосфери, під впливом магнітного поля Землі або ж це розходження обумовлено взаємодією світла, що має електромагнітну природу, з магнітним полем Землі, важливо те, що ефект Міллера ніяк не пов'язаний з рухом Землі - «ефірний вітер», зумовлений рухом Землі, не виявляється ніякими дослідами, що цілком відповідає дослідів Саньяка - відсутність руху щодо повітря означає те ж саме, що і відсутність руху щодо ефіру.

Висновок

Аналіз дослідів Саньяка, погане, Гарреса, Фізо, Майкельсона - Гаеля, Міллера дозволяє укласти наступне:

1. В оптиці, як і в електродинаміки, зовнішній по відношенню до рухаються твердим тілам ефір зовсім не захоплюється рухом цих тіл, тому пояснити нульовий результат дослідів Майкельсона - Морлі захопленням зовнішнього по відношенню до поверхні Землі ефіру не представляється можливим.

2. У досвіді Саньяка має місце рух установки щодо ефіру, нерухомого щодо атмосфери Землі. Таким чином, і в оптиці, як і в електродинаміки, що рух щодо ефіру завжди супроводжується цілком спостерігаються ефектами: зміною інтерференційної картини; появою магнітного поля як наслідку руху зарядів щодо ефіру (досліди Ейхенвальда); появою зарядів на пластинах конденсатора, що рухається в магнітному полі щодо ефіру (досліди Вільсона). У свою чергу, відсутність будь-яких ефектів означає відсутність руху щодо ефіру.

3. Нерухомість приладів щодо повітря означає те ж саме, що й нерухомість приладів щодо ефіру: досліди Траутона і Набла, Томашек, Чейза в електродинаміки; досліди Ейрі, Майкельсона - Морлі та багатьох інших в оптиці.

4. «Ефірний вітер », зумовлений рухом Землі, в атмосфері Землі не виникає при ненульовий її в'язкості, а тому не може бути виявлений ніякими дослідами -- ефект, виявляється в дослідах Майкельсона - Гаеля обумовлений різницею довжин великого і малого контурів і не залежить від швидкості добового обертання Землі; ефект, виявляється в дослідах Міллера є результат зміни швидкості світла в напрямку силових ліній магнітного поля Землі й у перпендикулярно до цих лініях напрямку; як і в досвіді Майкельсона - Гаеля величина ефекту, виявляється в досвіді Міллера, не залежить від руху Землі щодо світового ефіру.

5. Повний захоплення ефіру атмосферою Землі при ненульовий її в'язкості є єдиним поясненням результатів всіх відомих дослідів, метою яких було виявлення руху Землі відносно світового ефіру, тобто ефіру, що знаходиться поза атмосферою Землі; можна показати, що повне захоплення ефіру атмосферою Землі при ненульовий її в'язкості і повне неувлеченіе ефіру атмосферою при нульовій її в'язкості в точності зоответствует спостерігається картині зоряної аберації, яка і може виникнути тільки при зазначених властивостях атмосфери Землі.

6. Пояснення як нульових, так і не нульових результатів відомих досліджень, пропонованих спеціальною теорією відносності (СТО), засноване на численних помилках як при постановці, так і при аналізі цих досліджень, усунення яких робить майже очевидним фактом повну наукову неспроможність СТО.

Список літератури

С. І. Вавилов. Експериментальні основи теорії відносності. Москва - Ленінград: Державне видавництво., 1928.

Л. І. Мандельштам. Лекції з оптики, теорії відносності та квантової механіки. - М.: Наука, 1972.

У. И. Франкфурт. Спеціальна і загальна теорія відносності. - М.: Наука, 1968.