Опыты по проверке теории относительности

Слайд 107.

Опыты по проверке теории относительности

Как было сказано, для придания любой теории статуса научной нужны опытные подтверждения. Причём как для исходных положений теории, так и для её выводов.

И над постановкой опытов для проверки теории относительности стали думать.

Как известно, теория относительности Эйнштейна имеет два раздела: специальная теория относительности и общая теория относительности.

Специальная касается движения с околосветовыми скоростями, а общая посвящена вопросам тяготения. При этом общая теория относительности опирается на выводы специальной.

Слайд 108.

Проверка общей теории относительности. Отклонение луча звезды Солнцем

Отклонение луча звезды Солнцем.

Согласно общей теории относительности свет должен притягиваться массивными телами.

Но и в соответствии с классической физикой свет отклоняется, проходя вблизи тяготеющих масс.

Однако значение отклонения в общей теории относительности для луча, проходящего, например, мимо Солнца, должно быть в два раза больше, чем по физике Ньютона.

И в 1919 году английским астрономом Эддингтоном были организованы наблюдения за звёздным небом во время солнечного затмения.

Целью было измерение угла отклонения луча от звезды при его проходе вблизи Солнца.

И сравнение с предсказаниями классической физики, а также общей теории относительности.

Запланированные Эддингтоном измерения были сделаны.

Точность их была настолько невысокой, что для ряда звёзд наблюдалось даже их отталкивание Солнцем.

Их отнесли на ошибку эксперимента и исключили из рассмотрения.

Оставшиеся наблюдения свидетельствовали об их соответствии общей теории относительности, а не физике Ньютона.

После этого все с воодушевлением объявили об экспериментальном подтверждении общей теории относительности.

В настоящее время результаты наблюдений Эддингтона поставлены под сомнение.

Но не только из-за погрешностей.

Дело ещё в том, что вблизи Солнца существует солнечная корона, которая дополнительно преломляет свет из-за отличия своих свойств от свойств вакуума.

По фотографии солнечного затмения 1922 года можно увидеть, насколько сильны отклонения положения звёзд в разные стороны.

Если бы способ, предложенный Эддингтоном, не давал столь высоких ошибок, он вполне мог бы быть многократно повторён, в том числе и в наши дни.

Слайд 109.

Проверка общей теории относительности. Круговое смещение орбиты Меркурия

Аномальное вращение Меркурия

Давно известно, что орбита Меркурия не является в точности круговой.

Но в XIX веке было замечено, и вытянутость орбиты постепенно смещается вокруг Солнца.

Общая теория относительности объясняет это тем, что вблизи массивного Солнца пространство искривлено, а время течёт медленнее. Меркурий, на котором время течёт медленнее, как бы, запаздывает со своевременным оборотом вокруг Солнца.

Такое запаздывание обнаружено и для других планет Солнечной системы, но Меркурий находится ближе всего к Солнцу, поэтому на нём влияние Солнца сказывается больше всего.

Экспериментальные данные для Меркурия совпадают со значением, предсказываемым общей теорией относительности.

На основании столь близкого совпадения заявляется, что общая теория относительности доказана экспериментально.

Между тем классическая физика также имеет объяснение смещения орбиты Меркурия.

Как известно, закон Ньютона описывает притяжение двух материальных точек, обладающих массами.

При этом орбита согласно первому закону Кеплера имеет вид эллипса.

Но на небольших расстояниях притягивающиеся тела уже нельзя считать материальными точками, т.е. пренебрегать их конечными размерами.

Так, например, на поверхности Земли предмет притягивается не только ядром Земли, но и участками земной коры, расположенными по сторонам от предмета.

Учёт конечных размеров приводит к тому, что убывание силы тяготения с расстоянием отличается от зависимости «единица разделить на расстояние в квадрате».

Математические теории гравитации указывают, что вследствие этой зависимости убывания силы тяготения орбита Меркурия должна отклоняться от эллиптической и постепенно поворачиваться вокруг Солнца.

Таким образом, необходимости к привлечению общей теории относительности нет.

По правилу Оккама при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать наиболее простому объяснению.

Время шло, а теория относительности с её постулатом постоянства скорости света так и оставалась теорией.

Главным должен был стать опыт, подтверждающий независимость скорости света от движения источники и наблюдателя.

В опыте Майкельсона источник и приёмник света оставались неподвижными друг относительно друга.

Нужен был опыт, в котором один из них перемещался относительно другого.

Слайд 110.

Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (1)

Излучение краями Солнца.

В Советском Союзе в 1956 году Бонч-Бруевичем была предпринята попытка обнаружения разницы скоростей света, приходящего от различных краёв Солнца, находящегося, как известно, во вращении.

Опыт показал отсутствие прибавки в скорости из-за вращения Солнца, из чего следовал вывод о подтверждении постулата постоянства скорости света.

Слайд 111.

Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (2)

Однако в установке Бонч-Бруевича измерение производилось не непосредственно, а после того, как свет проходил через входные фокусирующие линзы.

Ещё в середине XIX века опытным путём было выяснено, что свет в материальной среде распространяется медленнее, чем в пустоте.

Слайд 112.

Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (3)

Причём если среда движется, то она увлекает с собой свет, добавляя к его скорости свою скорость.

Это опыт Физо, в котором свет пропускался вдоль трубы с текущей водой.

Слайд 113.

Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (4)

Возвращаясь к опыту Бонч-Бруевича следует заметить, что для его успешности требовалась очень высокая точность, так как необходимо было обнаружить разницу в 4 километра в секунду при скорости света в 300 тысяч километров в секунду.

Но кипящая поверхность Солнца находится в постоянном сильном движении.

Жидкостные и газовые струи на поверхности имеют скорость, достигающую десятков и даже сотен километров в секунду. Обнаружение на этом фоне вращения краёв Солнца со скоростью 4 километра в секунду становится непростой задачей.

Приведённые фотографии разделяют 12 минут. За это время отдельные струи успевают изменить свои видимые очертания.

Поэтому получение хорошей точности таким методом затруднительно.

Слайд 114.

Решающая проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. 1964 г.

Радиолокация Венеры.

Техника совершенствовалась. Появилась возможность радиолокации тел солнечной системы.

Слайд 115.

Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (1)

В 1969 году американский астроном Брайен Уоллес опубликовал анализ многочисленных радиолокационных наблюдений Венеры одновременно с территории США и с территории СССР. Со стороны СССР в наблюдениях участвовала Крымская обсерватория Академии наук.

В июне 1964 года Венера находилась прямо напротив Земли, и расстояние между центрами планет почти не менялось.

Зато изменялось расстояние между Венерой и радиолокатором, который располагался на поверхности вращающейся Земли.

Слайд 116.

Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (2)

Радиолокаторы измеряют задержку сигнала при его распространении от точки на поверхности Земли до Венеры и обратно.

Слайд 117.

Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (3)

Были установлены систематические расхождения времени задержки, полученного при одновременных наблюдениях из симметрично расположенных точек Земли.

Слайд 118.

Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (4)

Вычислив произведение скорости распространения света на время задержки, можно рассчитать расстояние, пройденное сигналом до Венеры и обратно.

Слайд 119.

Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (5)

Сравнивались две теории.

Одна – теория относительности, в которой скорость света постоянна.

Другая – теория, допускающая сложение скорости света со скоростью движения его источника. Эта теория объединяет теории Исаака Ньютона и Вальтера Ритца.

Ошибочная теория получит значение, отличающееся от истинного расстояния до Венеры.

Предварительно Уоллес произвёл расчёт расстояния до Венеры, исходя из движения её по орбите.

Слайд 120.

Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (6)

По теории Эйнштейна скорость света постоянна.

В итоге при разных измеренных задержках вычисленные расстояния до Венеры получились намного превосходящими допустимые ошибки.

Расчёт расстояний по ньютоновской формуле с использованием измеренных задержек дал отличие, не превышающие границ ошибок.

Слайд 121.

Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (7)

Таким образом, в настоящее время имеется опытное подтверждение необходимости учитывать скорость источники света.

Этот опыт радиолокации Венеры отвергает теорию относительности как научную теорию.

Несмотря на большую научную ценность наблюдений Венеры, Крымская обсерватория Академии наук от дальнейшего участия в работе отказалась, и её подпись в результатах не фигурирует.

Такая позиция нашей Академии наук также должна быть как-то объяснена.

Из результатов радиолокации Венеры в Америке сделаны надлежащие выводы.

Сам Брайен Уоллес через 20 лет написал, что усиление цензуры, связанное с подготовкой к «звездным войнам», делает очень вероятным то, что военное ведомство США считает сверхсекретной информацией необходимость учёта скорости источника света при распространении радиоволн в космическом пространстве.

Наши исследователи Демин и Селезнёв в 1989 году предположили, что возможной причиной гибели наших космических аппаратов «Фобос-1» и «Фобос-2» является расчёт локации и траектории полёта по формулам теории относительности. Тогда как американские космические аппараты «Вояджер», успешно облетели все планеты и покинули Солнечную систему.

Стоимость наших «Фобосов» без стоимости запусков составляет более 800 миллионов рублей.

Результат, полученный Брайеном Уоллесом, стоит на уровне естественнонаучного открытия, которое могло бы называться «сложение скорости источника со скоростью излучаемого света».

Однако это открытие уже было сделано: тремя веками раньше. То есть задолго до появления теории относительности.

Слайд 122.

Непостоянство периода обращения спутника Юпитера Ио (1676 г.). (1)

В 1676 году датский астроном Олаф Рёмер в Парижской обсерватории обнаружил непостоянство периода обращения спутника Юпитера Ио.

Период обращения Ио Рёмер определял, засекая моменты времени, когда Ио входил в тень Юпитера или выходил из неё.

Среднее значение периода обращения Ио «т» составляет 1,77 суток.

Слайд 123.

Непостоянство периода обращения спутника Юпитера Ио (1676 г.). (2)

Упрощённо суть опыта Рёмера можно изложить так.

Пусть Ио находится в верхнем положении и отражает лучи в сторону Земли.

В следующий раз он будет находиться в таком же положении, совершив полный оборот.

За время одного полного оборота свет успеет распространиться в сторону Земли на расстояние «ц», умноженное на «т».

Порции света, отражённые при одинаковых положениях Ио, будут поочерёдно достигать Земли.

Но Земля, как мы знаем, вращается вокруг Солнца по орбите.

Слайд 124.

Непостоянство периода обращения спутника Юпитера Ио (1676 г.). (3)

Направление движения Земли по орбите меняется каждые полгода.

Рёмер установил, что в те месяцы, когда Земля движется по орбите в сторону Юпитера и его спутника Ио, период обращения Ио на 15 секунд меньше среднего значения. А когда Земля движется по орбите от Юпитера период обращения Ио на 15 секунд больше.

Это наблюдение многократно подтверждалось астрономами в последствие.

Рёмер объяснил непостоянство периода тем, что при сближении Земли с Ио скорость движения Земли по орбите складывается со скоростью света, идущего от Ио к Земле, а при удалении Земли от Ио, скорости вычитаются.

Этот результат известен любому человеку, профессионально занимающегося физикой. Следовательно, он должен был быть известным и Эйнштейну. А также всем, кто пропагандирует его учение.

Достоинство этого нехитрого опыта Рёмера и его объяснения состоит в том, что он не требует введения в физику дополнительного постулата, причём такого, который в дальнейшем приводит к выводам, входящим в противоречие со здравым смыслом.

Таким образом, эйнштейновский постулат о постоянстве скорости света был фактически опровергнут задолго до своего появления.

Может быть, поэтому последователи Эйнштейна об опыте датского астронома Олафа Рёмера предпочитают умалчивать…