Эксперименты Рэлея и Брейса

эксперименты Рэлея и Брейса ( 1902, 1904) были направлены на то, чтобы показать, приводит ли сокращение длины к двулучепреломлению или нет. Это были одни из первых оптических экспериментов по измерению относительного движения Земли и светоносного эфира, которые были достаточно точными, чтобы обнаруживать величины второго порядка до v / c. Результаты были отрицательными, что имело большое значение для развития преобразования Лоренца и, следовательно, теории относительности. См. Также Тесты специальной теории относительности.

• 1 Эксперименты
• 2 См. Также
• 3 Первичные источники
• 4 Вторичные источники

Объяснить отрицательный результат эксперимента Майкельсона-Морли, Джордж Фицджеральд (1889) и Хендрик Лоренц (1892) представили гипотезу сокращения, согласно которому тело сжимается во время движения через неподвижный эфир.

Лорд Рэлей (1902) интерпретировал это сжатие как механическое сжатие, которое должно приводить к оптической анизотропии материалов, поэтому разные показатели преломления вызовут двойное лучепреломление. Чтобы измерить этот эффект, он установил трубку длиной 76 см на вращающийся стол. Трубка была закрыта стеклом на ее концах и заполнена сероуглеродом или водой, и жидкость находилась между двумя николовыми призмами. Через жидкость свет (производимый электрической лампой и, что более важно, центром внимания ) распространялся туда и сюда. Эксперимент был достаточно точным, чтобы измерить задержки $1\; 6000\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; tfrac\; \{1\}\; \{6000\}\}\}$на половину длины волны, то есть порядка 1,2 × 10. В зависимости от направления относительно движения Земли ожидаемое замедление из-за двулучепреломления было порядка 10, что находилось в пределах точности эксперимента. Следовательно, это был, помимо эксперимента Майкельсона-Морли и эксперимента Траутона-Нобла, один из немногих экспериментов, с помощью которого можно было обнаружить величины второго порядка по v / c. Однако результат был полностью отрицательным. Рэлей повторил эксперименты со слоями стеклянных пластин (хотя и с уменьшенной точностью в 100 раз) и снова получил отрицательный результат.

Однако эти эксперименты подверглись критике со стороны DeWitt Bristol Brace (1904 г.). Он утверждал, что Рэлей не учел должным образом последствия сокращения (0,5 × 10 вместо 10), а также показателя преломления, так что результаты никоим образом не были окончательными. Поэтому Брейс проводил эксперименты с гораздо большей точностью. Он использовал устройство длиной 4,13 м, шириной 15 см и глубиной 27 см, которое было заполнено водой и которое можно было вращать (в зависимости от эксперимента) вокруг вертикальной или горизонтальной оси. Солнечный свет направлялся в воду через систему линз, зеркал и отражающих призм и отражался 7 раз, так что проходил 28,5 м. Таким образом, наблюдалось запаздывание порядка 7,8 × 10. Однако и у Brace был отрицательный результат. Другая экспериментальная установка со стеклом вместо воды (точность: 4,5 × 10) также не дала никаких признаков двойного лучепреломления.

Отсутствие двойного лучепреломления изначально интерпретировалось Брейсом как опровержение сокращения длины. Однако, как показали Лоренц (1904) и Джозеф Лармор (1904), когда поддерживается гипотеза сжатия и используется полное преобразование Лоренца (т.е. включая преобразование времени), тогда может быть получен отрицательный результат. объяснил. Более того, если принцип относительности считается действительным с самого начала, как в специальной теории относительности Альберта Эйнштейна (1905), то результатом будет совершенно ясно, поскольку наблюдатель в равномерном поступательном движении может считать себя покоящимся и, следовательно, не будет испытывать никакого эффекта от своего собственного движения. Таким образом, сокращение длины не поддается измерению сопутствующим наблюдателем и должно быть дополнено замедлением времени для сторонних наблюдателей, что впоследствии было подтверждено экспериментом Траутона – Ренкина (1908 г.)) и эксперимент Кеннеди-Торндайка (1932).

• История специальной теории относительности

1. ^Лорд Рэлей (1902). "Движение сквозь эфир вызывает двойное преломление?". Философский журнал. 4 : 678–683. doi : 10.1080 / 14786440209462891.
2. ^Брейс, ДеВитт Бристоль (1904). «О двойном преломлении в материи, движущейся сквозь эфир». Философский журнал. 7 (40): 317–329. doi : 10.1080 / 14786440409463122.
3. ^Лоренц, Хендрик Антун (1904), «Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей скорости света», Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences, 6 : 809–831
4. ^Larmor, Joseph (1904). «Об установленном отсутствии эффектов движения через эфир, в связи с конституцией материи и о гипотезе Фитцджеральда-Лоренца» (PDF). Философский журнал. 7 (42): 621–625. doi : 10.1080 / 14786440409463156.

1. ^Лауб, Якоб (1910). "Uber die Experimentellen Grundlagen des Relativitätsprinzips". Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik. 7 : 405–463.
2. ^Уиттакер, Эдмунд Тейлор (1910). История теорий эфира и электричества (1. Ред. Ausgabe). Дублин: Longman, Green and Co.