Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
5. Светлавыя хвалі агібаюць перашкоды, параўнальныя па размерах з даўжынёй светлавой хвалі. У гэтым заключаецца з’ява дыфракцыі святла. Паколькі даўжыня светлавой хвалі вельмі малая (парадку 10—5 см), то назіранне дыфракцыі святла становіцца цяжкім і патрабуе спецыяльных прыстасаванняў. Дыфракцыя святла накладае мяжу на адрознівальную здольнасць мікраскопа і тэлескопа.
6. Законы геаметрычнай оптыкі выконваюцца прыбліжана пры ўмове, што размеры перашкод на шляху светлавых хваль многа большыя за даўжыню хвалі.
7. На з’яве дыфракцыі заснавана будова дыфракцыйнай рашоткі: сукупнасці вялікага ліку шчылін, падзеленых вузкімі прамежкамі. Значэнні вуглоў <р, якія вызначаюць напрамкі на дыфракцыйныя максімумы спектра, што атрымліваецца пры дапамозе рашоткі, знаходзяць з роўнасці d sin <р =/гА., дзе k = = 0, 1, 2, ...— перыяд рашоткі.
Рашотка раскладае белае святло ў спектр, з яе дапамогай можна вымяраць даўжыні светлавых хваль.
8. Светлавыя хвалі папярочныя. Гэта даказана эксперымен
1 Прарабіце тое ж самае, што было рэкамендавана перад кароткімі вынікамі другіх раздзелаў. Лік істотных пунктаў вялікі, блізкі да 10.
152
тальна пры назіранні праходжання святла праз анізатропныя асяроддзі — крышталі. Светлавая хваля, у якой ваганні адбываюцца ў пэўнай плоскасці, называецца палярызаванай. Святло, ствараемае звычайнымі крыніцамі (натуральнае святло), не палярызавана. Ваганні ў светлавой хвалі адбываюцца па ўсіх напрамках у плоскасці, перпендыкулярнай да напрамку яе распаўсюджвання.
9. Згодна з электрамагнітнай тэорыяй святла, прапанаванан Максвелам, святло ўяўляе сабой папярочную электрамагнітную хвалю. Доказ папярочнасці светлавых хваль з’явіўся важным этапам у прызнанні справядлівасці электрамагнітнай тэорыі святла.
Раздзел 6
ЭЛЕМЕНТЫ ТЭОРЫІ АДНОСНАСЦІ
Развіццё электрадынамікі прывяло да перагляду ўяўленняў аб прасторы і часе.
Згодна з класічнымі ўяўленнямі аб прасторы і часе, якія лічыліся непахіснымі на працягу стагоддзяў, рух не аказвае ніякага ўплыву на праходжанне часу (час абсалютны), а лінейныя размеры любога цела не залежаць ад таго, ці знаходзіцца цела ў стане спакою або рухаецца (даўжыня абсалютная).
Спецыяльная тэорыя адноснасці Эйнштэйна — гэта новае вучэнне аб прасторы і часе, якое прыйшло на змену старым (класічным) уяўленням.
§ 53. ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРАДЫНАМІКІ I ПРЫНЦЫП АДНОСНАСЦ!
Пасля стварэння электрадынамікі ўзніклі сумненні ў справядлівасці прынцыпу адноснасці Галілея ў прымяненні да электрамагнітных з’яў.
Прынцып адноснасці ў механіцы і электрадынаміцы. Пасля таго як у другой палавіне XIX ст. Максвелам былі сфармуляваны асноўныя законы электрадынамікі, узнікла пытанне аб тым, ці распаўсюджваецца прынцып адноснасці, які правільны для механічных з’яў, і на элэктрамагнітныя з’явы. Іншымі словамі, ці праходзяць электрамагнітныя працэсы (узаемадзеянне зарадаў і токаў, распаўсюджванне электрамагнітных хваль і г. д.) аднолькава ва ўсіх інерцыяльных сістэмах адліку? Ці, можа быць, раўнамерны прамалінейны рух, не ўплываючы на механічныя з’явы, аказвае некаторае ўздзеянне на электрамагнітныя працэсы?
Каб адказаць на гэта пытанне, трэба было высветліць, ці мяняюцца асноўныя законы электрадынамікі пры пераходзе ад
153
адной інерцыяльнай сістэмы да другой або, падобна да законаў Ньютана, яны застаюцца нязменнымі. Толькі ў апошнім выпадку можна адкінуць сумненні ў справядлівасці прынцыпу адноснасці прымяняльна да электрамагнітных працэсаў і разглядаць гэты прынцып як агульны закон прыроды.
Законы электрадынамікі складаныя, і строгае рашэнне гэтай задачы нялёгкая справа. Аднак ужо простыя меркаванні, здавалася б, дазваляюць знайсці правільны адказ. Згодна з законам электрадынамікі скорасць распаўсюджвання электрамагнітных хваль у$ вакууме аднолькавая па ўсіх напрамках і роўна: с = = 310 м/с. Але, з другога боку, у адпаведнасці з законам складання скорасцей механікі Ньютана скорасць можа быць роўна с толькі ў адной выбранай сістэме адліку. У любой іншай сістэме адліку, якая рухаецца ў адносінах да гэтай выбранай сістэмы са скорасцю v, скорасць святла будзе ўжо роўна c — v. Гэта азначае, што калі правільны звычайны закон складання скорасцей, то пры пераходзе ад адной інерцыяльнай сістэмы да другой законы электрадынамікі павінны мяняцца так, каб у гэтай новай сістэме адліку скорасць святла ўжо была роўна не с, а с — 7.
Гакім чынам, вьіявіліся пэўныя супярэчнасці паміж электрадынамікай і механікай Ньютана, законы якой узгадняюцца з прынцыпам адноснасці. Узнікшыя цяжкасці спрабавалі пераадолець трыма рознымі спосабамі.
Першая магчымасць заключалася ў тым, каб аб’явіць неабгрунтаваным прынцып адноснасці ў прымяненні да электрамагнітных з яў. На гэты пункт гледжання стаў вялікі галандскі фізік, заснавальнік электроннай тэорыі Г. Лорэнц. Электрамагнітныя з’явы яшчэ з часоў Фарадэя разглядаліся як працэсы у асобым, усёпранікальным асяроддзі, якое запаўняе ўсю прастору, — «сусветным эфіры». Інерцыяльная сістэма адліку, якая знаходзіцца ў спакоі адносна эфіру,—гэта, згодна з Лорэнцам, асобая пераважная сістэма. У ёй законы электрадынамікі Максвела справядлівыя і маюць найбольш простую форму. Толькі ў гэгай сістэме адліку скорасць святла ў вакууме аднолькавая па усіх напрамках.
Дру^ая магчымасць заключаецца ў тым, каб лічыць няправільнымі ўраўненні Максвела і спрабаваць змяніць іх такім чынам, каб яны пры пераходзе ад адной інерцыяльнай сістэмы да другой (у адпаведнасці са звычайнымі, класічнымі ўяўленнямі аб прасторы і часе) не мяняліся. Такая спроба, у прыватнасці, была зроблена Г. Герцам. Згодна з Герцам. эфір поўнасцю уцягваецца целамі, якія рухаюцца, і таму электрамагнітныя з явы адбываюцца аднолькава, незалежна ад таго, знаходзіцца цела ў спакоі ці рухаецца. Прынцып адноснасці справядлівы.
Нарэшце, трэцяя магчымасць вырашэння ўказаных цяжкасцей заключаецца ў адмаўленні ад класічных уяўленняў аб прасторы мЧаСе’ 3 ТЫМ Ка^ захаваць як прынцып адноснасці, так і законы Максвела. Гэта найбольш рэвалюцыйны шлях, бо ён азначае
154
перагляд самых глыбокіх, самых асноўных уяўленняў у фізіцы. 3 дадзенага пункту гледжання аказваюцца недакладнымі не ўраўненні электрамагнітнага поля, а законы механікі Ньютана, якія ўзгадняюцца са старымі ўяўленнямі аб прасторы і часе. Змяняць трэба законы механікі, а не законы электрадынамікі Максвела.
Адзіна правільнай аказалася іменна трэцяя магчымасць. Паслядоўна развіваючы яе, А. Эйнштэйн прыйшоў да новых уяўленняў аб прасторы і часе. Першыя два шляхі, як аказалася, абвяргаюцца эксперыментам.
Пры спробах Герца змяніць законы электрадынамікі Максвела высветлілася, што новыя ўраўненні не здольны растлумачыць рад фактаў, якія назіраюцца. Так, згодна з тэорыяй Герца, вада, што рухаецца, павінна поўнасцю ўцягваць за сабой святло, якое ў ёй распаўсюджваецца, паколькі яна ўцягвае эфір, у якім святло распаўсюджваецца. Дослед жа паказаў, што ў сапраўднасці гэта не так.
Пункт погляду Лорэнца, згодна з якім павінна існаваць выбраная сістэма адліку, звязаная з сусветным эфірам, што знаходзіцца ў абсалютным спакоі, таксама быў абвергнуты прамымі доследамі.
Калі б скорасць святла была роўна 300 000 км/с толькі ў сістэме адліку, звязанай з эфірам, то, вымяраючы скорасць святла ў адвольнай інерцыяльнай сістэме, можна было б выявіць рух гэтай сістэмы ў адносінах да эфіру і вызначыць скорасць гэтага руху. Падобна да таго як у сістэме адліку, якая рухаецца адносна паветра, узнікае вецер, пры руху ў адносінах да эфіру (калі, безумоўна, эфір існуе) павінен быць выяўлены «эфірны вецер». Дослед па выяўленню «эфірнага ветру» быў пастаўлены ў 1881 г. амерыканскімі вучонымі А. Майкельсанам і Э. Морлі па ідэі, выказанай за 12 год да гэтага Максвелам.
У гэтым доследзе параўноўвалася скорасць святла ў напрамку руху Зямлі і ў перпендыкулярным напрамку. Вымярэнні праводзіліся вельмі дакладна з дапамогай спецыяльнага прыбора — інтэрферометра Майкельсана. Эксперыменты ставіліся ў розны час сутак і розныя поры года. Але заўсёды атрымліваўся адмоўны вынік: рух Зямлі ў адносінах да эфіру выявіць не ўдавалася.
Усё гэта было падобна да таго, як калі б вы, высунуўшы галаву з акна машыны, пры скорасці 100 км/г не заўважылі сустрэчнага ветру.
Такім чынам, ідэя аб існаванні пераважнай сістэмы адліку не вытрымала доследнай праверкі. У сваю чаргу гэта азначала, што ніякага асобага асяроддзя — «святланоснага эфіру»,— з якім можна было б звязаць такую пераважную сістэму адліку, не існуе.
Узгадніць прынцып адноснасці з электрадынамікай Максвела аказалася магчымым, толькі адмовіўшыся ад класічных уяўленняў аб прасторы і часе.
155
§ 54. ПАСТУЛАТЫ1 ТЭОРЫІ АДНОСНАСЦІ
У аснове тэорыі адноснасці ляжаць два пастулаты.
Для тлумачэння адмоўных вынікаў доследаў Майкельсана і іншых доследаў, якія павінны былі выявіць рух Зямлі адносна эфіру, уводзіліся розныя гіпотэзы. 3 дапамогай гэтых гіпотэз імкнуліся растлумачыць, чаму не ўдаецца выявіць пераважную сістэму адліку (лічылі, што такая сістэма ў сапраўднасці быццам бы ёсць).
Зусім паіншаму падышоў да праблемы Эйнштэйн: не трэба вынаходзіць розныя гіпотэзы для тлумачэння адмоўных вынікаў усіх спроб выявіць адрозненне паміж інерцыяльнымі сістэмамі. Законам прыроды з’яўляецца поўнае раўнапраўе ўсіх інерцыяльных сістэм адліку ў адносінах не толькі да механічных, але і электрамагнітных працэсаў. Няма ніякай розніцы паміж станам спакою і раўнамернага прамалінейнага руху.
Прынцып адноснасці — галоўны пастулат тэорыі Эйнштэйна. Яго можна сфармуляваць так: усе працэсы прыроды адбываюцца аднолькава ва ўсіх інерцыяльных сістэмах адліку.
Гэта азначае, што ва ўсіх інерцыяльных сістэмах фізічныя законы маюць аднолькавую форму. Такім чынам, прынцып адноснасці класічнай механікі абагульняецца на ўсе працэсы прыроды, у тым ліку і на электрамагнітныя.
Але тэорыя адноснасні грунтуецца не толькі на прынцыпе адноснасці. Есць яшчэ д^гі пастулат: скорасць святла ў вакууме аднолькавая для ўсіх інерцыяльных сістэм адліку. Яна не залежыць ні ад скорасці крыніцы, ні ад скорасці прыёмніка светлавога сігналу.
Скорасць святла займае, такім чынам, асобае становішча. Больш таго, як вынікае з пастулатаў тэорыі адноснасці, скорасць святла ў вакууме з’яўляецца максімальна магчымай скорасцю перадачы ўзаемадзеянняў у прыродзе.
КНІГІ ОНЛАЙН
