Учебная работа. Реферат: Опыты Эйхенвальда и Вильсона

Учебная работа. Реферат: Опыты Эйхенвальда и Вильсона

Экспериментальные основания теории относительности

Валерий Петров

Главный постулат теории относительности Эйнштейн выложил последующим образом:

…не только лишь в механике, да и в электродинамике никакие характеристики явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя… для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же электродинамические и оптические законы… Это предположение (содержание которого в предстоящем будет называться «принципом относительности») мы хотят перевоплотить в предпосылку…

Представим, к примеру, что на передвигающемся судне производятся опыты по определению скорости звука на открытой палубе и в закрытом помещении – каюте либо трюме судна. законы механики «справедливы» как в одном, так и в другом случае, но в первом случае – при выполнении опытов на открытой палубе – необходимо учесть скорость движения судна, тогда как в другом – при выполнении опытов в закрытом помещении – нет. Независимость явлений, происходящих в некой системе, от состояния покоя системы либо ее равномерного и прямолинейного движения и составляет сущность принципа относительности для явлений механики, который Ньютон выложил последующим образом:

Относительные движения друг по отношению к другу тел, заключенных (подчеркнуто мной – В.П.) в каком-либо пространстве, схожи, лежит ли это место, либо движется умеренно и прямолинейно без вращения.

Таковым образом, в механике Ньютона принцип относительности оказывается верным не для всех координатных систем, передвигающихся умеренно и прямолинейно без вращения, но лишь для таковых, в каких тела оказываются «заключенными» в этих системах.

Как подчеркивал Галилей, при выполнении каких-то опытов в закрытой каюте передвигающегося судна движение судна «обще» всем предметам, также и воздуху (в каюте – В.П.):

…Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой корабля… движение корабля обще всем находящимся на нем предметам, также и воздуху (в помещении под палубой корабля – В.П.).

Представим, дальше, что на открытой палубе передвигающегося судна установлена какая-то емкость с жидкостью. И в этом случае скорость звука в воды также будет схожей независимо от скорости движения судна, так как и в этом случае движение судна «обще» и емкости, и находящейся в ней воды. Таковым образом, явления механики будут схожи в том случае, когда состояние покоя либо равномерного и прямолинейного движения координатной системы, в какой описываются эти явления, и состояние покоя либо движения среды, заполняющей эту систему, будут «общими». Чтоб выделить это событие, введем понятие «замкнутой физической системы», как таковой системы, движение которой на сто процентов передается среде, заполняющей эту систему. Тогда независимость явлений механики от состояния движения таковой системы, либо принцип относительности, можно сконструировать последующим образом:

Явления механики, происходящие в замкнутой системе координат, схожи, лежит эта система либо же движется умеренно и прямолинейно без вращения.

сейчас, если мы желаем распространить либо обобщить принцип относительности для явлений механики также и на оптические и электродинамические явления, нужно установить, до этого всего, возможность существования замкнутых систем относительно некой среды, заполняющей мировое место и «пронизывающей собой», как выразился Эйхенвальд, все тела, назовем ли мы эту среду «физическим вакуумом» либо «светоносным эфиром», очевидно, если таковая среда совершенно существует и движение относительно данной среды сопровождается какими-либо явлениями, надлежащими скорости такового движения. Понятно, что Эйнштейн исходил из догадки, что «светоносный эфир» совершенно не существует, потому вопросец о способности существования замкнутых по отношению к «светоносному эфиру» систем у него совершенно не появлялся. Современная наука считает, что «светоносный эфир» и физический вакуум – два разных наименования одной и той же настоящей физической среды. совместно с тем, признанным (что не непременно значит – правильным) является мировоззрение, что движение относительно данной среды не сопровождается какими-либо оптическими либо электродинамическими явлениями. Поглядим, как это Мировоззрение соответствует настоящей физической реальности.

В 1838г. Фарадей представил, «…что если подвесить заряженный шар и вынудить его двигаться в определенном направлении, то эффект будет равен тому, как если б мы возбудили ток в направлении движения шара» [1]. Как следует, электронный ток представляет собой поток электронных зарядов, передвигающихся в одном направлении. Как надо из электромагнитной теории Максвелла, передвигающиеся электронные заряды порождают в окружающем их пространстве магнитное поле. Возникает, но, вопросец, что такое заряд передвигающийся и недвижный? Относительно что следует определять скорость движения заряда? Представим, некое количество электронных зарядов движется совместно с Землей. Будет ли в этом случае движение зарядов сопровождаться появлением магнитного поля? Решение этого вопросца предложил Герц. «Герц исходил из того, что эфир на сто процентов увлекается телами… По Герцу, на электромагнитных явлениях не сказывается не только лишь движение Земли по орбите, да и ее суточное вращение… Опыты Роуланда, Рентгена, Эйхенвальда, Вильсона… указывают на… слабенькое пространство теории Герца – неразговорчиво допускается полное увлечение… эфир должен двигаться с той же скоростью, что и тела, должен на сто процентов увлекаться как снутри, так и вне тел» [2].

В 1876г., как о этом пишет Л.И.Мандельштам, «…Роуланд брал два золотых стеклянных диска, меж которыми вращался оклеенный золотой фольгой эбонитовый диск (рис.1). Обкладки на диске заряжались, скажем, положительно, а обкладки на стекле заземлялись. Астатическая магнитная стрелка была подвешена над верхней стеклянной крышкой, и при вращении эбонитового диска наблюдалось отклонение данной стрелки…»

Рис. 1. Схема опыта Роуланда

«Несколько лет спустя (1888г.) Рентген провел иной опыт – с поляризованным диэлектриком. Меж разноименно заряженными обкладками вращался диск из незаряженного изолятора (рис.2). Отклонение стрелок магнитометра демонстрировало, что и в этом случае возникает ток… Рентген добивался высочайшей чувствительности устройства… Но он не сумел получить нужной точности. Количественные результаты были достигнуты Эйхенвальдом в 1904г.» [1]. Как проявили опыты Эйхенвальда с вращающимися дисками, величина тока, создающего магнитное поле, соответствует формуле Герца.

Согласно принятой точке зрения, «…внутренние стороны стеклянных дисков и обе стороны эбонитового диска… представляют собой обкладки конденсатора. В опытах Роуланда и Эйхенвальда один диск заряженного конденсатора двигался относительно другого, недвижного диска, либо заряды обоих дисков двигались относительно среды, находящейся меж дисками. В опытах с вращающимся диэлектриком поверхностные заряды диэлектрика двигались относительно недвижных зарядов на дисках конденсатора. При вращении дисков конденсатора совместно с помещенным меж ними диэлектриком относительного перемещения зарядов не было, но и в этом случае появлялось магнитное поле». [3].

Представим, что диски конденсатора вращаются совместно с помещенным меж ними диэлектриком. В этом случае относительного перемещения зарядов нет – имеет пространство перемещение зарядов относительно среды меж дисками. Величина тока соответствует формуле Герца. Средой меж дисками в опытах Эйхенвальда является воздух, но опыты Эйхенвальда несложно повторить в вакуумной камере. В этом случае средой меж дисками окажется незапятнанный вакуум либо эфир. Тогда предпосылкой появления магнитного поля следует считать движение зарядов относительно эфира, находящегося меж дисками. Тот факт, что величина магнитного поля оказывается пропорциональной скорости вращения дисков, значит, что наружный по отношению к передвигающимся дискам эфир совсем не увлекается их движением.

Представим, дальше, что вращается лишь диск из диэлектрика. Понятно, что заряды на диэлектрике не могут передвигаться относительно его поверхности и при вращении диэлектрика будут вращаться совместно с ним с той же скоростью и в том же направлении, что и диэлектрик. Заряды на железном диске, в отличие от зарядов на диэлектрике, могут передвигаться относительно его поверхности. Будучи соединены с зарядами на диэлектрике общим для их электронным полем, заряды на поверхности железного диска будут вращаться в ту же сторону и с той же скоростью, что и заряды на поверхности диэлектрика. Относительного перемещения зарядов нет и в данном случае, имеет пространство перемещение зарядов относительно среды меж дисками.

Представим, в конце концов, что вращается лишь железный диск. Потому что диск из диэлектрика неподвижен, недвижны и заряды на его поверхности. Заряды на поверхности железного диска, связанные с зарядами на поверхности диэлектрика общим для их электронным полем, также остаются недвижными – нет не только лишь относительного перемещения зарядов, да и движения зарядов относительно среды меж дисками. Тем не наименее, и в этом случае возникает магнитное поле, величина которого снова-таки соответствует формуле Герца. При вращении лишь диска из диэлектрика либо одновременном вращении железных дисков и диска из диэлектрика можно представить, что предпосылкой возникновения магнитного поля в этих вариантах является вращение электронных зарядов относительно магнитной стрелки. Но при недвижном диске из диэлектрика нет не только лишь относительного движения зарядов либо их движения относительно среды меж дисками, да и движения зарядов относительно магнитной стрелки. Что все-таки является предпосылкой появления магнитного поля в этом случае? Представим, что эфир не только лишь окружает тела, да и содержится снутри их. Тогда появление магнитного поля при недвижном диэлектрике можно разъяснить движением зарядов относительно эфира, заключенного снутри вращающегося железного диска. Тот факт, что величина магнитного поля и в этом случае пропорциональна скорости вращения железного диска, значит, что эфир снутри передвигающихся тел на сто процентов увлекается их движением. Соответствие результатов опытов Эйхенвальда с вращающимися дисками формуле Герца значит, что теория Герца просит полного увлечения эфира снутри передвигающихся тел и полного его не увлечения вне передвигающихся тел.

Таковым образом, единственной предпосылкой появления магнитного поля в опытах Роуланда, Рентгена, Эйхенвальда является движение электронных зарядов относительно эфира – при вращающемся диске из диэлектрика имеет пространство движение зарядов относительно эфира, находящегося меж дисками, при недвижном диске из диэлектрика – движение зарядов относительно эфира, заключенного снутри железного диска. Опыты Роуланда, Рентгена, Эйхенвальда обосновывают, что наружный по отношению к передвигающимся телам эфир совсем не увлекается их движением. Это предоставляет возможность найти «эфирный ветер», обусловленный орбитальным движением Земли, при помощи опытов, подобных опытам Роуланда, Рентгена, Эйхенвальда. Понятно, что в одной из серии опытов Эйхенвальд поменял вращательное движение диэлектрика возвратно-поступательным. Схема опытов Эйхенвальда изображена на рис.3.

Рис. 3. Схема опыта Эйхенвальда

Диэлектрик помещался меж 2-мя пластинами и мог двигаться возвратно-поступательно. В отличие от опытов с вращающимися дисками, устройство можно установить так, что направление возвратно-поступательного движения диэлектрика окажется параллельным направлению орбитального движения Земли. Тогда величина магнитного поля, обусловленного движением диэлектрика относительно эфира, обязана быть пропорциональной величине

v1
= vо
+ vд
либо v2
= vо
– vд

зависимо от направления движения диэлектрика (тут vо
– скорость орбитального движения Земли, vд
– скорость возвратно-поступательного движения диэлектрика).

Эйхенвальд установил, что величина магнитного поля в опытах с возвратно-поступательным движением диэлектрика соответствует формуле:

i = |ε – 1| · |vE|
(1)

и не зависит от направления движения диэлектрика по отношению к направлению орбитального движения Земли (в данной формуле ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, v – скорость движения диэлектрика относительно пластинок, E – величина заряда на пластинках). Таковым образом, считает Л.И.Мандельштам, «…в теории Герца выходит абсурдный итог, что при ε=1, т.е. при переходе к вакууму, ток не теряется, потому что у Герца i=ε·|vE|». В реальности, меж опытами Эйхенвальда и теорией Герца никакого противоречия нет:

в опытах с вращающимися дисками размеры дисков и количество зарядов на любом из их схожи, потому все заряды на одном из дисков ведут взаимодействие со всеми зарядами на другом, величина магнитного поля соответствует формуле Герца.

в опытах с возвратно-поступательным движением диэлектрика размеры диэлектрика много меньше размеров пластинок, меж которыми помещен диэлектрик; при схожей плотности зарядов на пластинках и на диэлектрике количество зарядов на диэлектрике меньше количества зарядов на пластинках, потому лишь часть зарядов на пластинках ведет взаимодействие с зарядами на диэлектрике – величина магнитного поля соответствует формуле (1).

Формулу (1) можно записать в виде:

i = ε · |vE| – ε0
· |vE|,

где ε0
= 1 – диэлектрическая неизменная воздуха, откуда следует:

i = (ε – ε0
) · |vE| = (ε – 1) · |vE|.

При переходе к вакууму, т.е. при удалении диэлектрика из места меж пластинами, все заряды одной пластинки будут вести взаимодействие со всеми зарядами иной – величина магнитного поля в этом случае будет соответствовать формуле Герца, потому что в этом случае все заряды одной пластинки будут вести взаимодействие со всеми иной пластинки. Таковым образом, при переходе к вакууму ток вправду не теряется.

Значительно принципиальным результатом опытов Эйхенвальда с возвратно-поступательным движением диэлектрика является не несоответствие формуле Герца, на котором сосредоточивает свое и наше внимание Л.И.Мандельштам, а полная независимость результатов этих опытов от движения Земли, которую, т.е. независимость результатов опытов от движения Земли, конкретно и необходимо разъяснить. Сам Эйхенвальд так откомментировал результаты собственных опытов: «Потому что электромагнитные явления представляют собой единственную, известную в истинное время связь материи с мировым эфиром, то естественным является вопросец, не сопровождается ли движение материи в электромагнитном поле движением самого эфира. вопросец этот… решается в отрицательном смысле на основании наших опытов с диэлектриками, передвигающимися в электронном поле… Все совместно взятое дозволяет создать последующее заключение: то, что мы называем в истинное время мировым эфиром и что просачивается собой все вещественные тела (т.е. содержится во всех вещественных телах – В.П.), мы должны считать недвижным даже снутри самой материи, находящейся в движении».

Итак, движение материи (вещественных тел) не сопровождается движением эфира – «Вопросец этот… решается в отрицательном смысле…». Как следует, эфир вне передвигающихся тел совсем не увлекается их движением. совместно с тем, эфир «…следует считать недвижным даже снутри…» передвигающихся тел. Это значит, что эфир снутри передвигающихся тел на сто процентов увлекается их движением, вследствие что снутри передвигающихся тел «эфирный ветер» не возникает.

Как свидетельствует Л.И.Мандельштам, Вильсоном был выполнен и таковой опыт: «…он заставлял вращаться полый цилиндр из незаряженного диэлектрика в магнитном поле, направленном по оси (рис.4).

Рис. 4. Схема опыта Вильсона

К железным обкладкам цилиндра присоединялся электрометр, который демонстрировал, что при вращении цилиндра меж обкладками возникает напряжение».

Как разъясняет У.И.Франкфурт, «снутри цилиндра возникает радиально направленное электронное поле. В железном цилиндре при всем этом происходит перемещение электронов проводимости к наружной поверхности цилиндра. Электроны проводимости передвигаются до того времени, пока заряд на наружной поверхности цилиндра не создаст поле, которое не уравновесит силу Лоренца, действующую на электроны находящиеся в цилиндре… Меж наружной и внутренней поверхностями цилиндра возникает разность потенциалов и при соединении проводником в нем пойдет ток. Вильсон экспериментально подтвердил, что теория Герца, исходящая из полного увлечения эфира, не соответствует реальности…», т.к. величина заряда оказывается пропорциональной |ε–1| а не ε, как это следует из теории Герца.

По воззрению Л.И.Мандельштама, «Опыт Вильсона также можно схематизировать, заменив вращение поступательным движением. Диэлектрик движется меж обкладками и пронизывается магнитным полем, перпендикулярным к плоскости рисунка (рис.5). Конденсатор… шунтируется электрометром…».

Рис. 5. Схема опыта Вильсона с поступательным движением диэлектрика

В данном случае величина заряда, образующегося на обкладках конденсатора, оказывается пропорциональной ε, как это и следует согласно теории Герца. Таковым образом, как как будто выходит новое противоречие. В реальности, никакого противоречия нет.

В опыте с поступательным движением диэлектрика заряды появляются на участках обкладок конденсатора, ограниченных размерами находящегося меж ними диэлектрика. Потому что размеры этих участков на каждой из пластинок схожи, схожим будет и заряд, возникающий на каждой из обкладок.

В опыте Вильсона радиус наружной поверхности цилиндра больше радиуса его внутренней поверхности на величину, равную толщине стены цилиндра. Как следует, и площадь наружной поверхности цилиндра, и линейная скорость ее вращения больше площади и линейной скорости вращения внутренней поверхности цилиндра. Потому количество зарядов, возникающих на наружной поверхности, больше количества зарядов, возникающих на внутренней поверхности, вследствие что потенциал наружной поверхности оказывается выше потенциала внутренней поверхности. Таковым образом, опыт Вильсона нисколечко не противоречит теории Герца. Умопомрачительно, как просто третируют Правду представители официальной науки!

Сущность опыта Вильсона заключается совсем не в проверке истинности либо ошибочности теории Герца. Представим, что конденсатор агрессивно соединен с Землей. Тогда при вращении этого конденсатора совместно с Землей в ее магнитном поле можно ждать возникновения на его обкладках заряда, соответственного скорости дневного вращения Земли, если лишь вращение Земли сопровождается появлением в ее атмосфере «эфирного ветра». Был сконструирован агрессивно связанный с Землей конденсатор, который мог вращаться. Предполагалось, что при зарядке этого конденсатора крайний приобретет вращательный момент, обусловленный рвением линий, соединяющих центры зарядов, расположиться перпендикулярно направлению движения эфира, обусловленного движением Земли. В опытах, поставленных Траутоном и Наблом в 1903г., Томашеком в 1925г., Чейзом в 1926г. вращения конденсатора не наблюдалось. Как и в опытах Эйхенвальда с возвратно-поступательным движением диэлектрика, «эфирный ветер», обусловленный движением Земли, не находится.

Заключение

анализ результатов опытов Рентгена, Роуланда, Эйхенвальда, Вильсона дозволяет заключить последующее:

1. По последней мере, в электродинамике одни характеристики явлений соответствуют состоянию движения относительно эфира, тогда как остальные – отсутствию такового движения. Так, при движении пластинок с электронными зарядами на их поверхности возникает магнитное поле, величина которого соответствует скорости движения зарядов относительно эфира, находящегося меж пластинами, либо заключенного снутри пластинок. Буквально так же, при движении конденсатора в магнитном поле на его обкладках возникает заряд, величина которого соответствует скорости движения конденсатора относительно окружающего его эфира. совместно с тем опыты Санька, Погани, Физо, Гаррэса свидетельствуют, что и в оптике движение наблюдающего (устройств) относительно эфира, как и движение эфира, увлекаемого движением воды либо прозрачных кристаллов, относительно наблюдающего постоянно сопровождается полностью наблюдаемыми явлениями – конфигурацией интерференционной картины, соответственной скорости движения.

2. Наружный по отношению к передвигающимся жестким телам эфир совсем не увлекается движением этих тел, тогда как эфир снутри передвигающихся жестких тел на сто процентов увлекается их движением, вследствие что снутри передвигающихся жестких тел «эфирный ветер», обусловленный движением этих тел, не возникает. Полное увлечение эфира снутри передвигающихся жестких тел значит полную непроницаемость этих тел для наружного по отношению к сиим телам эфира.

Непроницаемость жестких тел для наружного по отношению к сиим телам эфира недозволено разъяснить очень плотной упаковкой атомов и молекул жестких веществ – понятно, что расстояния меж атомами и молекулами всех веществ существенно превосходят размеры атомов и молекул. Понятно также, что силы сцепления атомов и молекул жестких веществ имеют электромагнитную природу. Это дает основание представить, что конкретно электромагнитное поле взаимодействия атомов и молекул жестких веществ и обеспечивает непроницаемость жестких тел для наружного по отношению к ним эфира.

Понятно, что силы сцепления молекул воды также имеют электромагнитную природу. Это дает основание утверждать, что не только лишь твердые тела, но также и воды непроницаемы для наружного по отношению к ним эфира.

Понятно, в конце концов, что такие характеристики газов, как вязкость и теплопроводимость, также объясняются электромагнитным взаимодействием меж молекулами газа. Понятно, что вязкость и теплопроводимость газов «…не зависят от давления, так что и тут мы перебегаем к вакууму без постепенного уменьшения вязкости и теплопроводимости».(Л.И.Мандельштам). Таковым образом, если вязкость и теплопроводимость газов означают наличие электромагнитного взаимодействия меж его молекулами, то отсутствие вязкости и теплопроводимости газа значит и отсутствие электромагнитного взаимодействия меж его молекулами. Непринципиально, соответствует либо нет состояние газа с нулевой вязкостью и теплопроводимостью определению «физический вакуум». Принципиально то, что газ с ненулевой вязкостью оказывается непроницаемым для наружного по отношению к нему эфира, тогда как газ с нулевой вязкостью – на сто процентов проницаемым для наружного по отношению к нему эфира. Потому что переход газа из состояния с ненулевой вязкостью к состоянию с нулевой вязкостью происходит скачкообразно, переход газа из состояния полной непроницаемости по отношению к эфиру в состояние полной проницаемости также происходит скачкообразно. Никакому состоянию газа не соответствует состояние его частичной проницаемости либо частичной непроницаемости для эфира – газ или на сто процентов непроницаем для эфира, или на сто процентов проницаем.

Понятно, что поблизости поверхности Земли вязкость ее атмосферы не равна нулю – атмосфера Земли поблизости ее поверхности непроницаема для эфира, потому «эфирный ветер», обусловленный движением Земли, поблизости ее поверхности не возникает и найти его по данной причине нереально никаким образом, что и подтверждают опыты Эйхенвальда с возвратно-поступательным движением диэлектрика, опыты Траутона и Набла, Томашека и Чейза, Майкельсона – Морли, в конце концов. Остается убедиться, что предположение о полном увлечении эфира атмосферой Земли при ненулевой ее вязкости не противоречит, либо напротив – противоречит известным оптическим явлениям и опытам.

Перечень литературы

У.И.Франкфурт. Особая и общая теория относительности. М.Наука, 1968.

Л.И.Мандельштам. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. М.Наука, 1972.

У.И.Франкфурт. Оптика передвигающихся сред и особая теория относительности. Эйнштейновский сборник 1977, Москва, Наука, 1980.

]]>