Эрик Роджерс: Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия

(~ 1700): Ньютон знал только измерение света, проведенное Ремером по спутникам Юпитера.

(1849): Успешный опыт Физо, в котором свет отражался удаленным зеркалом, а вращающееся зубчатое колесо пересекало луч, создавая вспышки и пропуская их при возвращении в следующий промежуток между зубцами. Его результат подтверждал астрономические наблюдения. Как этот, так и все последующие «земные» методы основывались на прерывании светового луча и сходны с методом измерения скорости пули- или электронов.

Результат: скорость света равна 300 000 000 м/сек.

Для этого требуются некоторые геометрические размышления (фиг. 148). Чтобы пролететь 40 м поперек клетки, птица должна пролететь 50 м по гипотенузе, но потом за это время ее снесет на 30 м. Простейший ответ 8 + 8 сек дает слишком мало.

Если вы еще не убеждены и чувствуете, что путь в оба конца должен усредняться, проделайте мысленный эксперимент с ветром, который дует быстрее, скажем 6 м/сек. Тогда птица вообще не сможет лететь против ветра и время будет бесконечным.

Последняя проверка (Таунс, 1958), проведенная с помощью микроволн в резонансной полости, дала нулевой результат, тогда как авторы могли заметить скорость, составлявшую 1/ 1000орбитальной скорости Земли.

Ведь есть же случаи , где 2 + 2 не равно 4. При сложении двух векторов 2 + 2 дает что угодно между 0 и 4. Литр спирта и литр воды при смешивании дают меньше 2 литров. В изображенной на фиг. 151 электрической цепи все сопротивления R одинаковы, но эффект нагревания не складывается. Два тока, выделяющие по 2 дж/сек, складываются в один, выделяющий 8 дж/сек. Во все века, изучая природу, ученые занимались поисками и отбором тех величин, которые просто складываются наподобие массы жидкости (но не объема) и выделения током меди на электродах (но не нагревания).

Суть таких «исключений» в том, что все они относятся к случаю, когда при сложении происходит взаимодействие. Величины уже не являются чем-то независимым.

Это одно из приложений великого «принципа соответствия» Бора: в любом предельном случае, где новые требования тривиальны (в нашем случае при малых скоростях), новая теория должна сводиться к старой.

Эти преобразования могут показаться более разумными, если вы дите, что они представляют вращение пространственно-временных осей. См. стр. 636.

Когда опыт привел нас к вере в правильность первого и второго законов Ньютона, то на самом деле просто нам здорово повезло в том смысле, что мы очутились в лаборатории, которая представляет собой практически инерциальную систему. Если бы мы экспериментировали на пляшущем на волнах корабле, то вряд ли могли бы сформулировать столь простые законы.

Более подробно все это изложено во многих книгах. (Существует простое изложение теории относительности, например: А. Эйнштейн , Сущность теории относительности, ИЛ, 1955 и К. Дьюрелл , Азбука теории относительности, изд-во «Мир», изд. второе, 1970.— Прим. ред .)

Допустим, что ε и ε ' пролетают мимо друг друга со скоростью 165 000 км/сек. Тогда ε видит, что часы, которыми пользуется ε ', идут медленнее и тикают через каждые 1,2 сек. Таким образом, он знает, что кубик наблюдателя ε ' обладает скоростью 3 м/1,2 сек, или 2,5 м/сек. Его же кубик обладает импульсом 1 кг∙3 м/сек. Для сохранения импульса он должен считать, что другой кубик имел импульс 1,2 кг∙2,5 м/сек, так что масса другого кубика должна составлять 1,2 кг, т, е. возрасти на 20 %.

Для летящего электрона или соседа, летящего с ним бок о бок, их массы — нормальные массы покоя, а вот у проносящегося мимо экспериментатора масса в 5 раз больше его массы покоя, к тому же он сплющен в 5 раз по сравнению со своей нормальной толщиной.

Заметим, что это отклонение от одновременности не связано с упущением времени, необходимого световому сигналу, чтобы донести информацию до каждого из наблюдателей. Дело обстоит так, как будто каждый наблюдатель расположил вдоль своего вагона целый штат прекрасно натренированных помощников с часами, и эти помощники ведут наблюдения без запаздывания, а затем, собравшись, приносят свои записи наблюдателю, который сверяет их. Затем каждый из наблюдателей дает объяснение заявлению другого, что он видел, будто свет одновременно достиг концов его собственного вагона: «Что ни делает дурак, все он делает не так. Поставил в каждом конце вагона часы, которые показывают одно и то же время, когда на них падает свет. Это я тоже вижу. Но он ошибается, когда говорит, что его часы синхронизованы. Я вижу, что передние часы отстают от моих, стандартных, а задние часы — опережают. Я вижу, что до передней стены свету приходится идти дольше, мои часы, как и должно быть , показывают, что свет прибывает туда позднее. Но так как его часы несинхронизованы и идут медленнее моих, он не замечает опоздания. Ошибка в синхронизации часов как раз покрывает различие времен пролета из-за разных расстояний до концов его вагона». Как и в других подобных сравнениях, каждый наблюдатель обвиняет другого в тех ошибках, которые приписываются ему самому.