Возможный астрономический критерий для проверки "баллистической" теории светового излучения

Размещено на http://www.allbest.ru/

возможный астрономический критерий для проверки "баллистической" теории светового излучения

Герберт Дингл

Herbert Dingle

A PROPOSED ASTRONOMICAL TEST OF THE "BALLISTIC" THEORY OF LIGHT EMISSION

Monthly Notices of Royal Astronomical Society, V. 119, №1, 1959, pp. 67-71

(перевод на русский - С.Семиков, 2010 г.)

(Поступило 24 октября 1958 г.)

Резюме

Обрисована в общих чертах "баллистическая" теория Ритца излучения света и вновь изучено свидетельство, на основании которого она было расценена как ошибочная. Показано, что теория в той форме, как она была представлена Ритцем, неопределённа, и если её преобразовать к форме совместимой с принципом относительности движения, то она станет уже неуязвима для прежней критики. Таким образом, вопрос о допустимости этой теории остаётся открытым [предложение, вырезанное научной цензурой из журнального резюме*, переведённого на русский - С.Семиков]. Показано, что измерение "константы аберрации" при наблюдении далёких галактик могло бы решить этот вопрос, и потому подобные измерения желательны.

Известно, что согласно специальной теории относительности Эйнштейна, никакое материальное тело не может двигаться со скоростью большей скорости света в вакууме, а именно, около 3·1010 см/с. Однако последние исследования в ядерной физике, по-видимому, противоречат этому 1, поскольку, согласно соотношению неопределённостей, неопределённость в скорости тела может приближаться к бесконечности. Независимо от этого, внутренняя структура специальной теории относительности выглядит сомнительной, если постулат постоянства скорости света дан в его обычной интерпретации в виде требования, по которому все тела, находившиеся возле источника световой волны, независимо от их относительных движений, должны в дальнейшем оставаться в центре сферической волны света 2. Эти трудности устраняются, если постулат интерпретировать просто как требование, согласно которому скорость света относительно её реального материального источника всегда равна c, и эта гипотеза, фактически, давно была выдвинута Ритцем 3 и среди других была настоятельно поддержана Ла Розой: в основном она известна как "баллистическая" теория света. Хотя эта теория некоторое время считалась серьёзным конкурентом теории Эйнштейна, она была в итоге отклонена как противоречащая наблюдениям, и теперь уже многие годы считается однозначно опровергнутой. Однако, ввиду новых трудностей, вставших перед теорией Эйнштейна, представляется весьма желательным пересмотреть гипотезу и основания для её отклонения.

Теория Ритца основана на принципе относительности движения, который он формулирует следующим образом 4: "La seule conclusion qui ... me semble possible, c'est que l'йther n'existe pas, ou plus exactement, qu'il faut renoncer а se servir de cette image; que le mouvement de la lumiиre est un mouvement relatif comme tous les autres, que les vitesses relatives seules jouent un rфle dans les lois de la nature"

На основании этого он делает следующие утверждения о движении света 5: "les particules lumineuses expulsйes en tous sens а l'instant t se meuvent avec une vitesse radiale constante et remplissent constamment une sphиre dont le centre est animй du mouvement de translation w qu'avait P а l'instant de l'йmission; si w est constant, ce centre continuera done de coпncider avec P. ... La vitesse de la lumiиre dйpend donc de celle que possиde le corps qui l'йmet au moment de l'йmission; а partir de cet instant, la vitesse des particules reste invariable, quel que soit le mouvement ultйrieur de P."

(Следует отметить, что, хотя Ритц и говорит о "световых частицах", его теория в этом вопросе чисто кинематическая и не подразумевает ничего конкретного в отношении природы света. Как показал Уиттекер 6, решение по поводу "баллистической" гипотезы "безотносительно к выбору того или иного пути в споре между волной и корпускулярной теориями света".)

К сожалению, эта формулировка гипотезы неопределённа, поскольку Ритц не смог ясно показать, к какому неподвижному стандарту [неподвижной системе отсчёта - С.С.] относятся скорости. Упразднение эфира посредством фразы "mouvement de translation w qu'avait P а l'instant de l'йmission" предоставляет нам самим гадать относительно чего точка P (источник света) имеет скорость w; и фраза, "la vitesse des particules reste invariable, quel que soit le mouvement ultйrieur de P", по-видимому, указывает на то, что, независимо от того, есть ли неподвижный стандарт, P может иметь изменяющуюся скорость относительно него, и, следовательно, относительно световых частиц после момента их излучения. Де Ситтер, который выдвинул аргумент, обычно рассматриваемый как наиболее убедительное опровержение "баллистической" гипотезы 7, молчаливо принимает за этот неподвижный стандарт Землю (или, возможно, Солнце). Он рассматривает наблюдения двойных звёзд - для простоты предположим, что Земля лежит в плоскости орбиты, и виден лишь один компонент. Если орбитальная скорость - v, то свет, испущенный в то время, когда звезда приближается к Земле, будет иметь скорость c+v, а свет, испущенный в момент, когда звезда отдаляется от Земли, будет иметь скорость c-v. Если D - расстояние звезды от Земли, то первому свету для того, чтобы достигнуть Земли, потребуется время D/(c+v), а последнему - время D/(c-v). Поэтому орбита, рассчитанная из наблюдений, будет сильно отличаться от реальной орбиты, и если последняя будет кеплеровской, то первая не будет таковой, и в отдельных случаях даже может интерпретироваться так, будто звезда в один и тот же момент времени имеет сразу три разных скорости, как показал Де Ситтер. Однако реальные наблюдения соответствуют кеплеровской орбите. Поэтому, говорит Де Ситтер, мы должны отвергнуть гипотезу, согласно которой скорость света зависит от скорости его источника.

Если мы имеем право предположить, что элемент Солнечной системы приемлем в качестве уникального неподвижного стандарта, то свидетельство Де Ситтера против "баллистической" теории является окончательным. Но иная интерпретация теории Ритца предлагалась Толманом 8, согласно которому теория требует, чтобы "на протяжении всего пути свет сохранил составляющую скорости v, которую он получил от исходного движущегося источника. Таким образом, все явления оптики происходили бы точно так же, как если бы свет распространялся в эфире, который неподвижен относительно исходного источника". То есть, по этому представлению световые частицы (или волновые фронты) через время t после момента испускания находились бы на расстоянии ct от источника, независимо от того, как мог перемещаться источник между испусканием и моментом t относительно какого-либо стандарта.

К несчастью, Ритц умер вскоре после того, как вышла его статья, и поэтому он не имел возможности разъяснить её значение. Однако ясно, что единственная "баллистическая" гипотеза, которая совместима с относительностью движения, отсутствием светоносного эфира и любой мыслимой формой принципа постоянства скорости света, - это гипотеза, рассмотренная Толманом. Предположим, что тело, единственное во всей Вселенной, испускает импульс света. Если вообще имеется какое-либо значение константы скорости света, то импульс должен продолжить двигаться со скоростью c относительно источника. В отсутствие универсальной [Мировой] неподвижной среды [эфира], нет ничего другого для выражения этой скорости. Не возникнет никакой разницы в относительной скорости света и его источника, если разместить тело несколькими световыми годами дальше от точки, возле которой источник движется туда-сюда. Так если, с точки зрения этого тела, скорость источника колеблется между +v и -v, скорость его света должна колебаться между c+v и c-v, и луч, испущенный через t секунд после первого луча, пройдёт дистанцию D от источника ровно через t секунд после этого первого луча.

Тогда, если интерпретировать "баллистическую" теорию подобным образом, становится ясно, что наблюдения, упомянутые Де Ситтером, не дают никакого свидетельства против неё. Относительно Земли каждый отдельный световой импульс, исходящий от звезды, меняет скорость в течение своего перемещения в унисон с колебаниями скорости звезды, а потому наблюдения дают в точности ту же зависимость орбитальной скорости от времени, какая присуща реальной орбите. Такие колебания кажутся странными, лишь если идея об универсальном [Мировом] эфире незамечено остаётся в наших умах. Если же мы рассматриваем только Землю и звезду, то видимое перемещение звезды будет неразличимо, в отличие от того, какое мы приписываем эффекту аберрации света. Лишь когда мы принимаем в рассмотрение остальную часть Вселенной, становится понятным удобство приписывания первого - орбитальному движению звезды, а второго - орбитальному движению Земли. Это, конечно, склоняет к мысли, что основной критерий этого удобства должен сделать всю материальную систему Вселенной привилегированной неподвижной системой отсчёта [неподвижным стандартом], которая, однако, может возникнуть в общей механике (здесь этот вопрос рассматривать не обязательно), но в данном случае это недопустимое предположение, поскольку нас интересует только скорость света в космосе [пустом пространстве]. Если мы предполагаем, что "Вселенная" предоставляет для этого абсолютную систему отсчёта, то эксперимент Майкельсона-Морли должен был выявить скорость Земли относительно этой системы, но он не выявил её. Соответственно, "Вселенная" становится в этой связи просто другим названием для "светоносного эфира", и непостижимость этого оставляет нам источник света как единственно возможное привязочное [реперное] тело, относительно которого скорость света может быть постулирована как постоянная.

Вряд ли стоит напоминать, что по "баллистической" теории выполняется простой закон сложения скоростей, так что скорость света относительно воспринимающего тела может превышать c.

Толман, однако, продолжал предлагать различные способы проверки гипотезы Ритца. Он полагал, что гипотеза требует положительного исхода в эксперименте Майкельсона-Морли в случае использования света, приходящего от астрономического источника, движущегося относительно Земли, поскольку в этом случае скорости света по двум плечам установки будут различны, и ожидалось бы изменение системы интерференционных полос при вращении аппарата. Позже эксперимент был повторен с астрономическим светом Томашеком 9, и независимо Миллером 10, но с тем же самым результатом, что и в оригинальной постановке. Эксперимент Майораны 11 с движением земного света так же дал нулевой результат. В соответствии с этим Толман заключил, что "баллистическая" теория опровергнута.

Однако, исходя из общих оснований, создаётся впечатление, что эксперименты этого типа не могут предоставить никакого свидетельства по существу, поскольку единственно учитываемая скорость - это относительная скорость аппарата и падающего света. Эксперимент, который не смог выявить её для одной величины, вряд ли способен это сделать для другой. Равенство двух путей, пройдённых светом в эксперименте Майкельсона-Морли, не зависит от скорости света, на которой он входит в установку. Если скорость изменилась, фактическое время движения света должно измениться одинаково по обоим путям, и никакой дифференциальный эффект не мог бы наблюдаться, как это ожидалось. В терминологии интерференционных полос необходимо отметить, что по "баллистической" теории частота (монохроматического) входящего света пропорциональна скорости его прихода. Поэтому изменение этой скорости проявило бы себя как изменение в частоте, и никаким иным образом. Но подобное изменение частоты произошло бы с изменением в скорости исходного излучающего тела в любой из теорий: оно наблюдалось бы как доплеровский эффект. Следовательно, любое изменение в системе интерференционных полос, являющееся результатом изменения в скорости излучающего тела относительно установки, не создавало бы различий между "баллистической" теорией и эйнштейновской теорией постоянстве скорости прихода света.

Ввиду этих общих соображений необходимо исследовать аргумент Толмана, дабы выяснить, чем вызвано несоответствие. Он предлагает эксперимент, выполненный со светом от Солнца, когда это тело движется по направлению луча AB со скоростью v относительно аппарата, и он пишет: "легко видеть, что теория Ритца заставила бы нас ожидать для скорости света в направлении AB величину c+v, а для скорости в противоположном направлении c-v". Но теория говорит, что не следует ожидать ничего подобного. Скорость света в направлении AB, как предполагается, равна c+v относительно установки, но скорость в противоположном направлении зависит от закона отражения света. Об этом теория Ритца ничего не говорит, и единственно разумное предположение состоит в том, что на зеркале, как во всех не-эфирных теориях, свет отражается, словно абсолютно упругое тело, и покидает зеркало с той же скоростью относительно него, какую имел при падении на него (но, разумеется, с противоположным знаком). В этом случае сдвиг системы интерференционных полос, принятый Толманом, не возникнет, как ожидалось.

Это доказывает исчерпание свидетельств, на основании которых была отвергнута "баллистическая" теория, и из приведённых соображений мы должны сделать вывод, что в настоящее время вообще нет никакого основания, чтоб принять или отклонить теорию в том виде, как её интерпретирует Толман, а именно, что скорость света, исходящего из материального источника, остаётся постоянной, равной значению c относительно этого источника, и принимает значение скорости c+v (векторное сложение) относительно тела, движущегося со скоростью v относительно источника во время приёма. Цель этой заметки в том, чтобы предложить способ, которым можно было бы получить обоснованное свидетельство.

"Константа аберрации" в первом приближении пропорциональна отношению v/V орбитальной скорости Земли к скорости света, приходящего от интересующего небесного тела. Обе скорости измерены относительно Солнца как неподвижного стандарта. По "баллистической" теории эта константа должна изменяться вместе с радиальной скоростью астрономического источника, в то время как согласно представлению, что свет всегда приходит со скоростью c, она должно быть постоянна. Звёздные скорости слишком малы для того чтобы выбрать между этими возможностями, но далёкая галактика может перемещаться достаточно быстро. Например, свет от галактики со скоростью удаления 30000 км/с по "баллистической" теории должен приходить со скоростью 0,9c, и константа аберрации должна составлять соответственно примерно 23'' вместо 20,''5 - это легко обнаружимая разница. Ещё большие различия попадают в пределы разрешения [обычных телескопов].

К сожалению, если бы даже такая галактика показала нормальную величину для константы, вывод был бы не обязательно окончательным, вследствие неопределённостей, которые до сих пор остаются в отношении того, обусловлен ли красный сдвиг соответствующей скоростью удаления. С другой стороны, если бы большая величина была получена, было бы трудно думать о любом другом возможном объяснении за исключением того, что красный сдвиг производится удалением, и "баллистическая" теория правильна. Кроме того, метод стал бы применим для обнаружения скорости удаления любой галактики, достаточно яркой для прямого фотографирования. Указанные возможности делают выполнение подобных наблюдений весьма желательным.

баллистический теория ритц относительность

Примечания

* Резюме (перевод из журнала): Кратко излагается "баллистическая" теория светового излучения Ритца и заново пересматриваются аргументы, на основе которых эта теория считалась несостоятельной. Показано, что эта теория в представленном Ритцем виде неопределённа, но если её дополнить и привести к форме, совместимой с постулатом об относительности движения, она становится неуязвимой для прежней критики. Указывается, что определения "постоянной аберрации" из наблюдений удалённых галактик могли бы решить этот вопрос. Рекомендуется проведение таких определений.

1 См., например, W. Heisenberg, The Physicist's Conception of Nature, p. 48, London, 1958.

2 Bull. Inst. Phys. 9, 314, 1958.

3 W. Ritz, Ann. de Chim. et de Phys., 13, 145-275, 1908.

4 Там же, с. 207. [Единственный вывод, который, как мне кажется, можно отсюда сделать, - это то, что этот самый эфир не существует, или более точно, что мы должны отказаться от использования подобного представления, что движение света - это относительное движение, подобно всем прочим, что только относительные скорости играют роли в законах природы. - см. перевод на www.ritz-btr.narod.ru, С.С.]

5 Там же, сс. 210-1. [световые частицы в момент t разлетаются по всем направлениям, двигаясь с постоянной радиальной скоростью и формируя сферу с центром, движущимся со скоростью v, которую имела т. P в момент испускания. Если v постоянна, то этот центр продолжает совпадать с P… Тогда скорость света зависит от скорости, имевшейся у его источника в момент испускания. С этого момента скорость частиц остаётся неизменной и не зависящей от последующего движения P. - см. перевод на www.ritz-btr.narod.ru, С.С.]

6 E. T. Whittaker, History of the Theories of Aether and Electricity, Vol. II, p. 39, London, 1953.

7 W. de Sitter, Proc. Amsterdam Acad., 15, 1297, 1913; B.A.N., No. 64, 2, 163, 1924.

8 R. C. Tolman, Phys. Rev., 35, 136, 1912.

9 R. Tomaschek, Ann. d. Phys., 73, 105, 1924.

10 D. C. Miller, Proc. Nat. Acad. Sci., 11, 306, 1925.

11 Q. Majorana, Phil. Mag., 37, 145, 1919.

Размещено на Allbest.ru