I forsøkene til Michelson Morley ble det funnet at. Michelson-Morley eksperiment. En ny måling av lysets hastighet

For å forplante seg i verdensrommet trenger ikke lys en "lysende eter".

Det er vanskelig å forestille seg absolutt tomhet - et fullstendig vakuum som ikke inneholder noe. Menneskelig bevissthet søker å fylle den med i det minste noe materielt, og i mange århundrer av menneskehetens historie ble det antatt at verdensrommet er fylt med eter. Tanken var at det interstellare rommet er fylt med en slags usynlig og immateriell subtil substans. Da Maxwells ligningssystem ble oppnådd, og forutså at lys forplanter seg i rommet med en begrenset hastighet, mente selv forfatteren av denne teorien selv at elektromagnetiske bølger forplanter seg i et medium, akkurat som akustiske bølger forplanter seg i luft, og sjøbølger forplanter seg i vann. I første halvdel av 1800-tallet utarbeidet forskerne til og med nøye den teoretiske modellen for eteren og mekanikken for lysets forplantning, inkludert alle slags spaker og akser, som angivelig bidrar til forplantningen av oscillerende lysbølger i eteren.

I 1887 bestemte to amerikanske fysikere - Albert Michelson og Henry Morley - seg for å i fellesskap gjennomføre et eksperiment designet for å bevise en gang for alle for skeptikere at lysende eter faktisk eksisterer, fyller universet og fungerer som et medium der lys og andre elektromagnetiske bølger forplanter seg. Michelson hadde ubestridt autoritet som designer av optiske instrumenter, og Morley var kjent som en utrettelig og ufeilbarlig eksperimentell fysiker. Opplevelsen de har funnet på er lettere å beskrive enn å gjennomføre praktisk.

Michelson og Morley brukte interferometer- en optisk måleanordning der en lysstråle deles i to av et gjennomskinnelig speil (en glassplate er sølvfarget på den ene siden akkurat nok til å delvis overføre lysstrålene som kommer inn i den, og delvis reflektere dem; en lignende teknologi brukes i dag i speilreflekskameraer). Som et resultat deler strålen seg og de to resulterer sammenhengende strålene divergerer i rette vinkler til hverandre, hvoretter de reflekteres fra to reflekterende speil like langt fra det gjennomskinnelige speilet og går tilbake til det gjennomskinnelige speilet, den resulterende lysstrålen som gjør det mulig å observere interferensmønsteret og avsløre det minste desynkronisering to stråler (forsinkelsen til en stråle i forhold til den andre; se Interferens).

Michelson-Morley-eksperimentet var grunnleggende rettet mot å bekrefte (eller motbevise) eksistensen av verdenseteren ved å avsløre "etervinden" (eller faktumet om dens fravær). Faktisk beveger jorden seg i bane rundt solen i forhold til den hypotetiske eteren i et halvt år i én retning, og det neste halve året i en annen. Følgelig skulle den "eteriske vinden" i et halvt år blåse over jorden og som et resultat skifte avlesningene til interferometeret i én retning, og i et halvt år - i den andre. Så, etter å ha observert installasjonen deres i et år, fant ikke Michelson og Morley noen endringer i interferensmønsteret: fullstendig eterisk ro! (Moderne eksperimenter av denne typen, utført med høyest mulig nøyaktighet, inkludert eksperimenter med laserinterferometre, ga lignende resultater.) Altså: den eteriske vinden, og derfor eteren eksisterer ikke.

I fravær av den eteriske vinden og eteren, som sådan, en uløselig konflikt mellom Newtons klassiske mekanikk (som antyder en absolutt referanseramme) og Maxwells ligninger (i henhold til hvilke lysets hastighet har en begrensende verdi uavhengig av valg av ramme). referanse) ble åpenbart, noe som til slutt førte til fremveksten av relativitetsteorien. Michelson-Morley-eksperimentet viste til slutt at det ikke finnes noen "absolutt referanseramme" i naturen. Og uansett hvor mye Einstein senere hevdet at han ikke tok hensyn til resultatene av eksperimentelle studier da han utviklet relativitetsteorien, er det neppe nødvendig å tvile på at resultatene fra Michelson-Morley-eksperimentene bidro til rask aksept av en så radikal teori av det vitenskapelige samfunnet seriøst.

Edward Williams Morley
Edward Williams Morley, 1838–1923

Amerikansk fysiker og kjemiker. Født i Newark, New Jersey i familien til en kongregasjonalistisk prest. På grunn av dårlig helse gikk han ikke på skolen, men studerte hjemme, og faren forberedte ham til å fortsette å tjene kirken, men gutten foretrakk naturvitenskapen og tok opp studiet av kjemi og naturhistorie. Til slutt viste han seg å være en uovertruffen eksperimentator. Det var Morley som klarte å bestemme de spesifikke massene av hydrogen og oksygen i rent vann med uovertruffen nøyaktighet. Da skjebnen brakte ham til Albert Michelson, viste ferdighetene hans som eksperimenter seg å være rett og slett uerstattelige, og nå er navnene på disse to forskerne uløselig knyttet sammen takket være deres berømte erfaring.


Albert Abraham Michelson, 1852–1931

Amerikansk fysiker, tysk etter nasjonalitet (bildet). Født i byen Strelno (nå Strzelno) på territoriet til det moderne Polen (i disse årene var det en del av det russiske imperiet). I en alder av to emigrerte han til USA sammen med foreldrene. Han vokste opp i California i epoken med det berømte "gullrushet", men faren til den fremtidige vitenskapsmannen var ikke engasjert i jakten på gull, men i småskala engroshandel i byer dekket av denne sykdommen. Han gikk inn i US Naval Academy etter spesiell anbefaling fra en kongressmedlem fra hans stab, ble akseptert i aktiv tjeneste, fullførte et fullt kurs med drilltrening, hvoretter han ble utnevnt til fysikklærer. Takket være dette hadde han muligheten til å engasjere seg i optikk og spesielt konstruksjonen av et instrument for å bestemme lysets hastighet.

Etter å ha trukket seg tilbake fra aktiv tjeneste i 1881, ble han lærer ved School of Applied Sciences. Case (Case School of Applied Sciences) i Cleveland, Ohio, hvor han fortsatte sin forskning. I 1907 ble Michelson tildelt Nobelprisen i fysikk "for utviklingen av optiske presisjonsinstrumenter og for forskningen utført med dem", nemlig for nøyaktig å bestemme lengden på standardmeteren og lysets hastighet i et vakuum.

), som ligner på elastiske bølger i en gass eller væske. Hvis en lyskilde og mottaker, plassert i en fast avstand fra hverandre, beveger seg med en hastighet v gjennom dette stoffet, vil forplantningstiden for lys fra kilden til mottakeren avhenge av den relative posisjonen til hastighetsvektoren og vektoren som forbinder kilden og mottakeren. Relativ tidsforskjell Δ t/t når lys forplanter seg parallelt og vinkelrett på eterstrømmen, er det nær i størrelsesorden ( v/c) 2 , hvis hastigheten til eteren er mye mindre enn lysets hastighet. Michelsons eksperiment brukte jordens banebevegelse gjennom en hypotetisk eter (antagelig stasjonær i forhold til solen), og målte forskjellen i tiden for lys som passerte samtidig gjennom to vinkelrette armer på interferometeret; når enheten roteres i eterstrømmen, vil tiden for lys som passerer gjennom armene til interferometeret måtte endres, noe som vil føre til en endring i faseforskjellen til den elektromagnetiske bølgen i de parallelle og perpendikulære armene og til en endring i det observerte interferensmønsteret som oppstår når disse to lysstrålene legges til.

Tenk på en forenklet versjon, når en av armene (1) er plassert langs bevegelsen av eteren gjennom enheten, er den andre armen vinkelrett på den.

Beregn den totale tiden t 1 (\displaystyle t_(1)) passasje av lys gjennom arm 1, ved å bruke summen av tidene for bevegelse fremover og bakover og angir lengden på armen L 0 (\displaystyle L_(0)):

t 1 = L 0 c + v + L 0 c − v = (\displaystyle t_(1)=(\frac (L_(0))(c+v))+(\frac (L_(0))(c-v ))=)2 c L 0 c 2 − v 2 = 2 L 0 c 1 1 − v 2 c 2 ≈ 2 L 0 c (1 + v 2 c 2) . (\displaystyle (\frac (2cL_(0))(c^(2)-v^(2)))=(\frac (2L_(0))(c))(\frac (1)(1-( \frac (v^(2))(c^(2)))))\ca. (\frac (2L_(0))(c))\left(1+(\frac (v^(2))( c^(2)))\høyre).)

Tilnærmingen skyldes v 2 / c 2 ≪ ​​​​1 (\displaystyle v^(2)/c^(2)\ll 1)(Om 10 − 8 (\displaystyle 10^(-8)), når hastigheten til eteren er tatt v (\displaystyle v)≈ 30 km/s ≈ 10 −4 c lik absolutt verdi og motsatt i retning av hastigheten til jordens banebevegelse).

v 1 = | v 1 | = v 2 + c 2 = c 1 + v 2 c 2 (\displaystyle v_(1)=|\mathbf (v_(1)) |=(\sqrt (v^(2)+c^(2))) =c(\sqrt (1+(\frac (v^(2))(c^(2)))))).

Vi kan nå beregne:

t 2 = 2 L 1 c 1 1 + v 2 c 2 ≈ 2 L 1 c (1 − v 2 2 c 2) (\displaystyle t_(2)=(\frac (2L_(1))(c))( \frac (1)(\sqrt (1+(\frac (v^(2))(c^(2)))))\ca. (\frac (2L_(1))(c))\venstre( 1-(\frac (v^(2))(2c^(2)))\høyre)).

L 1 (\displaystyle L_(1))- dette er hypotenusen, langs den går signalet med økt hastighet, mens benet passerer med en hastighet c (\displaystyle c) vil gi samme tid som å passere hypotenusen med denne økte hastigheten. Derfor er det nok å vurdere tiden i skjemaet

t 2 = 2 L 0 c (\displaystyle t_(2)=(\frac (2L_(0))(c)))

Faseforskjellen er proporsjonal med:

δ = c (t 2 − t 1) = 2 (L 0 − L 0 1 − v 2 c 2) (\displaystyle \delta =c(t_(2)-t_(1))=2\venstre((L_) (0)-(\frac (L_(0))(1-(\frac (v^(2))(c^(2))))))\høyre))

S = | δ + δ′ | (\displaystyle S=|\delta +\delta ^(")|), hvor δ ′ (\displaystyle \delta ^(")) er proporsjonal med faseforskjellen når du slår til π 2 (\displaystyle (\frac (\pi )(2))):

S = 2 L 0 | 1 − 1 1 − v 2 c 2 | ≈ 2 L 0 v 2 c 2. (\displaystyle S=2L_(0)\venstre|1-(\frac (1)(1-(\frac (v^(2))(c^(2)))))\høyre|\ca. 2L_( 0)(\frac (v^(2))(c^(2))).)

Det ble vist at eterteorien innebærer en faseforskjell i den parallelle og perpendikulære armen, som kan kvantifiseres og detekteres med passende eksperimentelle metoder (Michelson-Morley interferometer).

Historie [ | ]

bakgrunn [ | ]

Teorien om lysutbredelse som oscillasjoner av et spesielt medium - den lysende eteren - dukket opp på 1600-tallet. I 1727 forklarte den engelske astronomen James Bradley lysets aberrasjon ved hjelp av det. Det ble antatt at eteren var ubevegelig, men etter Fizeaus eksperimenter oppsto det en antakelse om at eteren ble delvis eller fullstendig medført i løpet av materiens bevegelse.

Michelson-Morley-eksperimentoppsettet som målingene fra 1887 ble gjort på. Apparatet er plassert på en massiv steinplate som måler 1,5 × 1,5 × 0,3 m, flytende i kvikksølv for å eliminere endringen i lengden på interferometerarmene når apparatet roteres.

Under påvirkning av disse resultatene fremsatte George Fitzgerald og Lorentz en hypotese om sammentrekningen av materielle legemer i bevegelsesretningen i en ubevegelig og uenklet eter (1889).

Millers eksperimenter [ | ]

I følge professor Dayton K. Miller (Caesian School of Applied Sciences):

Det kan antas at forsøket kun viste at eteren i et bestemt kjellerrom bæres med i lengderetningen. Vi skal derfor flytte apparatet til en høyde for å se om det finnes en effekt der. [ ]

Høsten 1905 gjennomførte Morley og Miller et eksperiment ved Euclidean Heights i Cleveland, som ligger i en høyde av ca. 90 m over Lake Erie og ca. 265 m over havet. I 1905-1906. det ble gjort fem serier med observasjoner, som ga en viss positiv effekt - ca 1/10 av forventet drift.

I mars 1921 ble metodikken og apparatet noe endret og man fikk et resultat på 10 km/s «etervind». Resultatene ble nøye sjekket for mulig eliminering av feil knyttet til magnetostriksjon og termisk stråling. Rotasjonsretningen til apparatet hadde ingen effekt på resultatet av forsøket.

Senere studier av resultatene oppnådd av D. Miller viste at svingningene som ble observert av ham og tolket som tilstedeværelsen av en "eterisk vind" er et resultat av statistiske feil og neglisjering av temperatureffekter.

Kennedys eksperimenter [ | ]

Nå vil jeg komme med noen bemerkninger om Millers eksperiment. Jeg tror at det er et alvorlig problem knyttet til effekten, som er periodisk for en fullstendig revolusjon av apparatet, og diskonteres av Miller, som understreker betydningen av halvsykluseffekten, det vil si gjentakelse i løpet av en halvomdreining. av apparatet, og angående spørsmålet om den eteriske vinden. I mange tilfeller er fullsykluseffekten mye større enn halvsykluseffekten. Ifølge Miller avhenger den totale periodeeffekten av bredden på båndene og vil være null for ubegrenset brede bånd.

Selv om Miller hevder at han var i stand til å eliminere denne effekten i stor grad i sine målinger i Cleveland, og dette lett kan forklares med eksperimenter, vil jeg gjerne forstå årsakene til dette tydeligere. Når jeg snakker for øyeblikket som en tilhenger av relativitetsteorien, må jeg si at en slik effekt ikke eksisterer i det hele tatt. Faktisk gir rotasjonen av apparatet som helhet, inkludert lyskilden, ingen forskyvning fra relativitetsteoriens synspunkt. Det skal ikke være noen effekt når jorden og fartøyet er i ro. Ifølge Einstein bør den samme mangelen på effekt observeres for den bevegelige jorden. Den totale periodeeffekten er dermed i konflikt med relativitetsteorien og har stor betydning. Hvis Miller så oppdaget systematiske effekter hvis eksistens ikke kan benektes, er det også viktig å vite årsaken til hele menstruasjonseffekten.

Eksperimenter med Michelson og Gal[ | ]

Opplegg for Michelson-Gal-eksperimentet

I 1925 la Michelson og Gael ved Clearing i Illinois vannrør i form av et rektangel på bakken. Rørdiameter 30 cm. Rør AF og DE ble rettet nøyaktig fra vest til øst, EF, DA og CB - fra nord til sør. Lengdene DE og AF var 613 m; EF, DA og CB - 339,5 m. Én vanlig pumpe, som går i tre timer, kan pumpe ut luft til et trykk på 1 cmHg. For å oppdage forskyvning sammenligner Michelson i teleskopets felt interferenskantene som oppnås ved å løpe rundt de store og små konturene. Den ene lysstrålen gikk med klokken, den andre mot. Forskyvningen av båndene forårsaket av jordens rotasjon ble registrert av forskjellige mennesker på forskjellige dager med en fullstendig omorganisering av speilene. Totalt ble det foretatt 269 målinger. Teoretisk sett, forutsatt at eteren er immobil, bør man forvente en forskyvning av båndet med 0,236 ± 0,002. Behandling av observasjonsdataene ga en skjevhet på 0,230 ± 0,005, og bekrefter dermed eksistensen og omfanget av Sagnac-effekten.

Moderne alternativer[ | ]

I 1958 ble et enda mer nøyaktig eksperiment utført ved Columbia University (USA) ved bruk av motretningsstråler fra to masere, som viste uavhengigheten til frekvensen fra jordens bevegelse med en nøyaktighet på omtrent 10 −9%.

Enda mer nøyaktige målinger i 1974 brakte følsomheten til 0,025 m/s. Moderne versjoner av Michelson-eksperimentet bruker optiske og kryogene interferometre i stedet for interferometre [ avklare] mikrobølgeresonatorer og gjør det mulig å oppdage avviket i lyshastigheten Δ c/c, hvis det var ~10 −18 . I tillegg er moderne versjoner av Michelson-eksperimentet følsomme for hypotetiske brudd på Lorentz-invarians, ikke bare i Maxwell-ligningene (for elektromagnetiske bølger, som i det klassiske eksperimentet), men også i

Den russiske vitenskapsmannen V.A. Atsyukovsky analyserte nøye det eksperimentelle grunnlaget for Einsteins relativitetsteorier og kom til følgende konklusjon: "Analyse av resultatene av eksperimenter utført av forskjellige forskere for å verifisere bestemmelsene til SRT og GRT viste at eksperimenter der positive og entydig tolkede resultater ble innhentet, bekrefter bestemmelsene og konklusjonene i relativitetsteoriene A. Einstein eksisterer ikke."

Denne konklusjonen strekker seg til det mest kjente eksperimentet, Michelson-Morley-eksperimentet. Legg merke til at Michelson-Morley-interferometeret var stasjonært i forhold til jorden, bare lys beveget seg. Forfatterne trodde at de ville være i stand til å fikse påvirkningen av jordens hastighet V = 30 km/s i forhold til solen på avbøyningen av lysets interferenskant. Beregningen ble gjort etter formelen

Den forventede frynseforskyvningen på 0,04 ble ikke registrert. Og forfatterne begynte av en eller annen grunn ikke å lete etter årsaken til avvikene mellom teori og eksperiment. La oss gjøre det for dem.

Siden fotoner har masse, er jorden for dem en treghetsreferanseramme, og deres oppførsel i gravitasjonsfeltet bør ikke avvike fra oppførselen til andre kropper med masse i dette feltet, så vi må erstatte i formelen ovenfor og ikke hastigheten av jorden i forhold til solen ( V = 30 km / s), og hastigheten på jordens overflate (V = 0,5 km / s), dannet av dens rotasjon rundt sin akse. Da vil den forventede forskyvningen av interferenskanten i Michelson-Morley-eksperimentet ikke være 0,04, men mye mindre

. (423)

Det er derfor ikke overraskende at Michelson-Morley-instrumentet ikke viste noen forskyvning i interferenskanten. Og vi vet nå årsaken til dette: den manglet den nødvendige følsomheten (nøyaktigheten).

Ikke desto mindre utstedte Nobelkomiteen i 1907 til A. Michelson Nobelprisen "For skapelse av optiske presisjonsinstrumenter og utførelse av spektroskopiske og metrologiske studier med deres hjelp." Vi legger til at den feilaktige tolkningen av Michelsons eksperiment var det eksperimentelle grunnlaget for A. Einsteins feilaktige relativitetsteorier.

Men hva om vi setter opp et slikt eksperiment slik at lyskilden og enheten som fikser forskyvningen av interferenskanten beveger seg (roterer) i jordens gravitasjonsfelt? I dette tilfellet sammenlignes avlesningene til instrumentene i fravær av rotasjon av hele installasjonen og under rotasjonen. Det er umiddelbart klart at i fravær av rotasjon av installasjonen, vil måleprinsippet ikke avvike fra måleprinsippet i Michelson-Morley-eksperimentet, og enheten vil ikke vise noen forskyvning av interferenskanten. Men så snart installasjonen begynner å rotere i jordens gravitasjonsfelt, skal det umiddelbart vises en forskyvning av det angitte båndet. Dette forklares av det faktum at mens lyset går fra kilden til mottakeren, endres posisjonen til sistnevnte i jordens gravitasjonsfelt i forhold til kilden, og enheten må registrere skiftet til det angitte båndet.

Vi understreker nok en gang: posisjonen til signalkilden og mottakeren i Michelson-Morley-eksperimentet endres ikke i forhold til hverandre i jordens gravitasjonsfelt, men i eksemplet vi har beskrevet, gjør den det. Dette er hovedforskjellen mellom disse eksperimentene. Den beskrevne elementære logikken bekreftes overbevisende av Sagnacs erfaring. Resultatene av eksperimentet hans motsier avlesningene til Michelson-Morley-interferometeret, og relativister hyser opp og ignorerer hardnakket dette faktum, og viser tydelig at de ikke er interessert i vitenskapelig sannhet.

Vi har gitt ganske sterke bevis på feilslutningen i Einsteins relativitetsteorier, så spørsmålet dukker ufrivillig opp: hvordan kan vi nå oppfatte det faktum at A. Einsteins relativitetsteorier ligger i grunnlaget, ifølge relativister, for alle fysikkens prestasjoner på 1900-tallet? Veldig enkelt! Alle disse prestasjonene er resultatet av innsatsen hovedsakelig fra eksperimentelle fysikere som utførte eksperimenter for ikke å teste fysiske teorier, men for å oppnå et slikt resultat som kan brukes til militære formål eller i konkurranse når de erobret markeder for produktene deres.

Teoretikere prøvde selvfølgelig å finne en forklaring på disse prestasjonene, rettferdiggjøre dem på en eller annen måte, men disse forklaringene viste seg å være omtrentlige og overfladiske. Hovedbremsen for å forklare det dype grunnlaget for materie og universet var stereotypen av tenkning dannet av Einsteins feilaktige teorier, og utholdenheten til hans støttespillere i å forsvare disse teoriene mot kritikk.

12.5. Hvordan ble planetene i solsystemet født?

La oss analysere bare den hypotesen om dannelsen av planetene i solsystemet, ifølge hvilken de ble dannet fra en stjerne som flyr nær solen, som fanget den med gravitasjonsfeltet (fig. 228, a).

Ris. 228. a) - diagram over bevegelsen til planetene rundt Solen; ordningen

medrivning av stjerne A av gravitasjonskraften til solen (C)

i orbital bevegelse

Denne hypotesen lar oss finne svar på de fleste av hovedspørsmålene knyttet til fødselen av planeter.

La oss starte analysen av prosessen med fødselen av planetene i solsystemet med formuleringen av hovedspørsmålene, svarene på disse bør følge av denne analysen.

1. Hvorfor er banene til alle planetene nesten sirkulære?

2. Hvorfor er banene til alle planetene nesten i samme plan?

3. Hvorfor kretser alle planetene rundt Solen i samme retning?

4. Hvorfor faller rotasjonsretningene til planetene (med unntak av Uranus) rundt deres akser sammen med rotasjonsretningene deres rundt Solen?

5. Hvorfor er planene i banene til de fleste planetariske satellitter nær deres ekvatorialplan?

6. Hvorfor er banene til de fleste satellitter nesten sirkulære?

7. Hvorfor dreier de fleste satellittene og Saturns ring rundt planetene deres i samme retning som planetene rundt Solen?

8. Hvorfor er det en planetarisk tetthetsgradient?

9. Er det mulig å anta at regelmessigheten til planetenes skiftende tetthet, når de beveger seg bort fra solen, er lik endringen i tettheten til den eksisterende solen, fra dens kjerne til overflaten?

10. Hvorfor, når planetene beveger seg bort fra Solen, reduseres først tetthetene deres og deretter øker de litt?

Vi har allerede vist at dannelsen av de viktigste elementærpartiklene: fotoner, elektroner, protoner og nøytroner styres av loven om bevaring av vinkelmomentum (momentum), hvis matematiske modell er Plancks konstant (219). Vi har kalt denne loven hovedloven som styrer dannelsen av den materielle verden. Av dette følger det at den samme loven skulle ha kontrollert prosessen med fødselen av planetene i solsystemet. Nå vil vi være overbevist om den høye sannsynligheten for sammenhengen mellom denne hypotesen og virkeligheten.

Siden planetene ikke har rettlinjede bevegelser, men roterer i forhold til solen og i forhold til deres akser, vil vi for å beskrive disse rotasjonene bruke en matematisk modell av loven om bevaring av vinkelmomentum.

Nå formulerer vi en hypotese. Planetene i solsystemet ble dannet av en stjerne som fløy forbi Solen og ble fanget opp av gravitasjonsfeltet (Fig. 228, b, posisjoner: 1, 2, 3, 4, 5...). Når en stjerne var langt fra solen, roterte den, mens den beveget seg i rommet, bare rundt sin akse, som var parallell (for det meste) med solens rotasjonsakse. Det er ganske naturlig at stjernen hadde sitt eget vinkelmomentum, hvis størrelse ikke er kjent for oss. Imidlertid vet vi at fraværet av ytre krefter holdt dette øyeblikket konstant. Da vi nærmet oss solen, begynte solens gravitasjonskraft å virke på stjernen.

Anta at denne stjernen fløy forbi solen i en avstand lik avstanden fra solen til den aller første planeten Merkur. Det er ganske naturlig at solens gravitasjonskraft (fig. 228, b, posisjoner: 2, 3, 4 ...) involverte denne stjernen i en sirkulær bevegelse rundt solen. Den neste antakelsen er at rotasjonsretningen til stjernen rundt sin akse falt sammen med rotasjonsretningen til stjernen rundt solen. Som et resultat ble vinkelmomentet for rotasjonen rundt solen lagt til vinkelmomentet for stjernens rotasjon rundt sin akse.

Siden stjernen var i plasmatilstand, som Solen, bare mindre enn Solen i masse og størrelse, kunne den bare holde seg i bane hvis sentrifugalkraften av treghet og gravitasjonskraften til Solen var like (fig. 228, b) , posisjon 5). Hvis denne likheten ikke eksisterte, kunne bare den delen av det sterkt bundne stjerneplasmaet (fig. 228, posisjon 6), som sørget for likhet mellom treghetssentrifugalkraften og solens gravitasjonskraft, holde på det dannede først bane. Den gjenværende delen av stjernens plasma begynte å bevege seg bort fra Solen under påvirkning av en større treghetsentrifugalkraft (fig. 228, posisjon 7). I ferd med å bevege seg bort fra solen begynte den neste delen av en stabil struktur å danne seg fra den vikende delen av stjernen, som solens gravitasjonskraft igjen skilte fra stjernens plasma og dannet den andre planeten - Venus. Hendelsesforløpet som er beskrevet dannet planetene rundt solen.

Nå må vi bevise påliteligheten til det beskrevne hypotetiske scenariet for fødselen av solsystemet. For å gjøre dette vil vi samle informasjon om den nåværende tilstanden til planetene i solsystemet. I denne informasjonen er det nødvendig å inkludere massene til alle planetene og deres hovedsatellitter, tetthetene til alle planetene, deres radier, så vel som radier av baner, banehastigheter og vinkelhastighetene til planetenes rotasjon rundt deres økser. Denne informasjonen vil tillate oss å finne banevinkelmomentet til stjernen i det øyeblikket den begynner å rotere rundt solen. En stjerne som beveger seg bort fra solen på grunn av at sentrifugalkraften til treghet er større enn solens gravitasjonskraft, vil etterlate like mye plasmamasse i banene til de eksisterende planetene som de nå har i fast tilstand sammen med deres satellitter.

Det er ganske naturlig at det totale vinkelmomentet til alle moderne planeter vil være likt vinkelmomentet til stjernen i det øyeblikket dens banebevegelse rundt Solen begynner (fig. 228, b, posisjon 5).

Så la oss gi grunnleggende informasjon om solen og dens planeter. Solen har masse . Dens radius er , og dens tetthet . Vinkelhastigheten til solens rotasjon rundt sin akse er . Det er kjent at summen av massene til alle planetene og deres satellitter er nesten 1000 ganger mindre enn solens masse. Nedenfor, i tabellen. 61 viser massene til planetene i solsystemet og deres tettheter.

Tabell 61. Masser av planeter og deres satellitter, og tettheter av planeter

planeter Masser, , kg tetthet,
1. Kvikksølv
2. Venus
3. Jorden
4. Mars
5. Jupiter
6. Saturn
7. Uranus
8. Neptun
9. Pluto
Total

Vi tok den grunnleggende informasjonen om parametrene til planetene på Internett: Astronomi + Astronomi for amatører + Solsystemet + planetnavn + planet i tall. Det viste seg at kompilatorene av denne bakgrunnsinformasjonen gjorde en rekke feil. For eksempel, ifølge deres data, er baneradiusene til Jupiter og Saturn de samme, mens Neptuns baneradius, uttrykt i astronomiske enheter, er forskjellig fra verdien, uttrykt i kilometer. Det ser ut til at den publiserte hypotesen vil være av interesse for profesjonelle astronomer, og de, med mer nøyaktig informasjon, vil avgrense resultatene av våre beregninger.

La oss ta hensyn til sekvensen av endringer i tettheten til planetene. De av dem som er nærmere solen har større tetthet. Når planetene beveger seg bort fra solen, reduseres først tettheten deres, og deretter vokser de igjen. Saturn har den minste tettheten, og jorden har den største. Det er overraskende at solen, som er i plasmatilstand, har en tetthet ( ) større enn Jupiter, Saturn og Uranus, som er i fast tilstand.

Det antas at Saturn hovedsakelig består av fast hydrogen og helium. I sammensetningen av Neptun og Pluto, i tillegg til hydrogen og helium, er det andre kjemiske elementer.

Hvis vi antar at alle planetene er dannet fra en stjerne, bør den ha en tetthetsgradient som er omtrent den samme som den som dannes i suksessivt dannede planeter. Kjernen til en stjerne besto av tyngre kjemiske elementer som ble født i løpet av dens liv og utvikling og som gikk ned mot sentrum av tyngdekreftene. Det faktum at Saturn, som har den laveste tettheten, hovedsakelig består av hydrogen, provoserer antagelsen om at hydrogen, som hovedkilden til termonukleære reaksjoner, okkuperte midtregionen av stjernen, der termonukleære eksplosjoner forekommer. De fleste av de tunge kjemiske elementene som er født i dette tilfellet, blir drevet av tyngdekraften til stjernen til kjernen, og en mindre del blir kastet ut av eksplosjoner mot overflaten av stjernen.

Det beskrevne provoserer oss også til å anta at den moderne solen også har en tetthetsgradient med en sekvens som tetthetsgradienten til sekvensen av planeter har (tabell 40). Av dette følger det at termonukleære reaksjoner finner sted omtrent i det midtre sfæriske området av Solen, og prominensene på overflaten er konsekvensene av disse eksplosjonene.

Hvis den beskrevne hypotesen om en endring i tettheten til en stjerne i en plasmatilstand er nær virkeligheten, burde forskjellen mellom sentrifugalkraften og gravitasjonskraften til Solen, som virket på en passerende stjerne, ha forsinket, først av alt, den delen av plasmaet som har den høyeste tettheten, og betyr den sterkeste bindingen mellom molekylene til kjemiske elementer. Den lettere delen av plasmaet, med en mindre binding mellom molekylene til kjemiske elementer, må fjernes fra solen ved hjelp av treghetsentrifugalkraften, som er større enn solens gravitasjonskraft. Sannsynligheten for et slikt scenario bekreftes av tidevannet i jordens hav, dannet av Månens gravitasjonskraft, som i handling tilsvarer treghetskraften.

Selvfølgelig er vann ikke et plasma, men dets flyt er tilstrekkelig til å reagere på en endring i størrelsen på Månens gravitasjonskraft med en endring i avstanden mellom havoverflaten og Månen med bare 3,3 %.

Radiene til planetene og radiene til deres baner, samt vinkelhastighetene til planetenes rotasjon i forhold til deres akser og i forhold til solen, og planetenes banehastigheter. De er presentert i tabellene 62, 63.

Tabell 62

planeter Radier av planeter, , m Bane radier, , m
1. Kvikksølv
2. Venus
3. Jorden
4. Mars
5. Jupiter
6. Saturn
7. Uranus
8. Neptun
9. Pluto

Orbitale sentrifugale treghetskrefter og gravitasjonskreftene til solen, som virker på moderne planeter, er presentert i tabell. 64. Deres likhet er bevis på stabiliteten til banene (tabell 64).

Tabell 64

planeter Egne vinkelhastigheter, , rad/s Orbitale vinkelhastigheter, , rad/s Banehastigheter, , m/s
1. Kvikksølv
2. Venus
3. Jorden
4. Mars
5. Jupiter
6. Saturn
7. Uranus
8. Neptun
9. Pluto

Det er ganske naturlig at bare den delen av plasmaet forble i den første banen, som stjernen begynte å danne, som kom fra verdensrommet til solen, som sørget for likhet mellom solens gravitasjonskraft og treghetsentrifugalkraften (tabell 65) . Det er også åpenbart at en slik separasjon av stjernens plasma begynte helt i begynnelsen av dens rotasjon i forhold til solen, slik at banehastigheten til plasmaet som er igjen i den første bane kan avta.

Tabell 65

moderne planeter

planeter
1. Kvikksølv
2. Venus
3. Jorden
4. Mars
5. Jupiter
6. Saturn
7. Uranus
8. Neptun
9. Pluto

Det er også naturlig at gravitasjonskreftene til den delen av plasmaet som ble igjen i den første bane, dannet en sfærisk formasjon fra den, lik formen til den moderne planeten Merkur (fig. 228, b, posisjon 6).

Dermed forble en sfærisk formasjon med tilstrekkelig høy tetthet i den første bane, og resten av stjernens plasma beveget seg bort fra Solen ved hjelp av treghetsentrifugalkraften. Som et resultat, fra det vikende plasmaet, dannet gravitasjonskreftene den andre delen av plasmaet med en masse som sikrer likhet mellom solens gravitasjonskraft og treghetskraften. Fra denne delen ble den andre planeten, Venus, dannet, og det gjenværende plasmaet til den tidligere stjernen fortsatte å bevege seg bort fra solen. Så ble planeten vår dannet av den, og et annet objekt skilt fra den vikende delen av resten av stjernen, som vi nå kaller Månen. Dermed dukket deler med høyere tetthet gradvis opp fra plasmaet til den tidligere stjernen.

Øyeblikket kom da en del av sfæren med den maksimale mengden hydrogen, som ga de termonukleære reaksjonene til stjernen, separerte, og Jupiter ble dannet først, og deretter Saturn.

Det gjenværende plasmaet hadde mindre hydrogen og flere tyngre kjemiske elementer, som ble kastet av kjernefysiske eksplosjoner på overflaten av stjernen under dens normale aktivitet. Som et resultat økte tettheten til de ytterste planetene.

Selvfølgelig er prosessen med å skille hver del av stjernens plasma veldig komplisert. Det er bindingskrefter mellom molekylene til kjemiske elementer og deres klynger, de indre tyngdekreftene til stjernen, de sentrifugale treghetskreftene til stjernens rotasjon rundt dens akse, de banesentrifugale treghetskreftene og tyngdekreftene til solen. Imidlertid fører plasmatilstanden til stjernestoffet til det faktum at solens gravitasjonskraft holder i bane, først og fremst den delen av den som har den høyeste tettheten, siden kreftene som forener denne delen er større enn kreftene som virker i de mindre tette lagene av stjernen. I den vikende delen av stjernen vil gravitasjonskrefter igjen danne kjernen til de kjemiske elementene som er nærmere sentrum.

Fra det beskrevne skjemaet for planetdannelse får vi umiddelbart svar på spørsmålet om årsakene til deres bevegelse i ett plan og sammenfallet av deres rotasjoner (unntatt Uranus) i forhold til deres akser og i forhold til solen med rotasjonsretningen til solen i forhold til dens akse.

Det er ganske naturlig at dannelsen av planetariske satellitter er en konsekvens av plasmatilstanden til deler av stjernen som beveger seg bort fra solen. Noen av disse delene ble skilt fra den delen av stjernens plasma, som, etter å ha skilt fra seg en del for dannelsen av planeten, beveget seg bort fra solen, mistet noe mer av plasmaet. Det faktum at månens tetthet er mindre enn jordens tetthet bekrefter denne antakelsen.

Når det gjelder omvendt rotasjon av Uranus i forhold til dens akse, kan det være flere årsaker til dette, og de må analyseres.

Så den beskrevne prosessen med planetdannelse er mulig hvis en del av stjernens plasma kommer til hver bane, hvis sentrifugalkraft vil være større enn gravitasjonskraften til solen. Hvordan sjekke det?

Vi har allerede lagt merke til rollen til loven om bevaring av vinkelmomentum. Først av alt må den totale massen til alle planetene og deres satellitter være lik massen til stjernen de ble dannet av. Videre må den totale verdien av de kinetiske momentene til alle eksisterende planeter og deres satellitter være lik det kinetiske momentet til stjernen i øyeblikket den roterer i forhold til Solen (fig. 228, b, posisjon 5). Begge disse mengdene er enkle å beregne. Resultatene av disse beregningene er presentert i tabellene 65-66. Det gjenstår bare for oss å gi forklaringer på metoden for disse beregningene.

Tabell 65

planeter Eget kast. øyeblikk, Orbital kast. øyeblikk,
1. Kvikksølv
2. Venus
3. Jorden
4. Mars
5. Jupiter
6. Saturn
7. Uranus
8. Neptun
9. Pluto

Informasjonen presentert i tabellen. 40, hentet fra referansedata om planetene i solsystemet. Verdiene av rotasjonsvinkelhastighetene til planetene rundt deres egne akser og rundt solen (tabell 63), som er nødvendige for å beregne kinetiske rotasjonsmomenter til planetene i forhold til deres akser og i forhold til solen, er hentet fra internettet.

Tabell 66

planeter Orbital kast. øyeblikk, Generelt kast. øyeblikk,
1. Kvikksølv
2. Venus
3. Jorden
4. Mars
5. Jupiter
6. Saturn
7. Uranus
8. Neptun
9. Pluto
Total

La oss ta hensyn til det faktum at planetene har former nær sfæriske, så deres treghetsmomenter rundt rotasjonsaksene deres bestemmes av formelen . Følgende viktig informasjon (tabell 65): banevinkelmomentet til alle planetene er flere størrelsesordener større enn vinkelmomentet for deres rotasjon i forhold til deres akser. Som et resultat, for omtrentlige beregninger, er det tilstrekkelig å ta det totale vinkelmomentet til alle planeter lik deres orbitalverdier.

Michelson-Morley eksperiment grunnleggende rettet mot å bekrefte (eller motbevise) eksistensen av verdenseteren ved å avsløre den "eteriske vinden" (eller faktumet om dens fravær).

Albert Abraham MICELSON 1852-1931

Amerikansk fysiker av tysk opprinnelse, kjent for oppfinnelsen av Michelson-interferometeret oppkalt etter ham og for presisjonsmålinger av lysets hastighet. I 1887 gjennomførte Michelson, sammen med E. W. Morley, et eksperiment kjent som Michelson-Morley-eksperimentet. Vinner av Nobelprisen i fysikk i 1907 "for opprettelsen av presise optiske instrumenter og de spektroskopiske og metrologiske studiene utført med deres hjelp."

Edward Williams Morley1839 1923 ) - Amerikansk fysiker.

Den mest kjente var hans arbeid innen interferometri, utført sammen med Michelson. I kjemi var Morleys høyeste prestasjon den nøyaktige sammenligningen av atommassene til elementene med massen til hydrogenatomet, som forskeren ble tildelt priser fra flere vitenskapelige samfunn for.

ESSENS AV OPPLEVELSEN I BEHANDLING

Essensen av Michelson-Morley-eksperimentet er å oppnå et interferensmønster på et eksperimentelt oppsett og å avsløre den minste desynkronisering av to stråler under påvirkning av "etervinden". I dette tilfellet vil eksistensen av eteren bli bevist. Eteren ble da forstått som et medium som ligner volumetrisk fordelt materie, der lys forplanter seg som lydvibrasjoner.

Essensen av opplevelsen er som følger. En monokromatisk lysstråle, som passerer gjennom en konvergerende linse, treffer et gjennomskinnelig speil B, vippet i en vinkel på 45 grader, hvor den er delt inn i to stråler, hvorav den ene beveger seg vinkelrett på retningen av den påståtte bevegelsen til enheten i forhold til til eteren, den andre - parallelt med denne bevegelsen. I samme avstand L fra det gjennomskinnelige speilet B er to flate speil installert - C og D. Lysstrålene, reflektert fra disse speilene, faller igjen på speil B, reflekteres delvis, trenger delvis gjennom det og faller på skjermen (eller teleskop) E.

Hvis interferometeret er i ro i forhold til eteren, er tiden brukt av den første og andre lysstrålen på vei den samme, og to koherente stråler i samme fase kommer inn i detektoren. Følgelig oppstår interferens, og man kan observere et sentralt lyspunkt i interferensmønsteret, hvis natur bestemmes av forholdet mellom bølgefrontformene til begge strålene. Hvis interferometeret beveger seg i forhold til eteren, viser tiden seg å bruke av strålene på vei å være annerledes. Den forventede forskyvningen av interferensmønsteret bør være 0,04 av avstanden mellom interferenskantene.

Av de viktigste vanskelighetene man møtte besto i å bringe enheten i rotasjon uten å skape forvrengninger, den andre var dens ekstreme følsomhet for vibrasjoner.

Den første av disse vanskelighetene ble fullstendig eliminert ved å montere apparatet på en massiv stein som flyter i kvikksølv; den andre ble overvunnet ved å øke lysbanen på grunn av gjentatte refleksjoner til en verdi nesten ti ganger større enn originalen.

Steinplaten hadde et areal på ca 1,5 x 1,5 m og en tykkelse på 0,3 m. Den hvilte på en ringformet treflottør med en ytre diameter på 1,5 m, en indre diameter på 0,7 m og en tykkelse på 0,25 m. kvikksølv inneholdt i et støpejernsbrett 1,5 cm tykt og av slike dimensjoner at det var et ledig rom på ca. en centimeter rundt flottøren. Fire speil ble plassert i hvert hjørne av steinen. Nær midten av steinen var en planparallell glassplate.

Observasjoner ble utført som følger. Det var seksten like store merker rundt støpejernsbrettet. Enheten ble brakt i veldig langsom rotasjon (en omdreining på seks minutter), og etter noen minutter, i det øyeblikket de passerte et av merkene, ble skjæringspunktet mellom mikrometertrådene rettet mot den lyseste interferenskanten. Rotasjonen var så sakte at den kunne gjøres enkelt og nøyaktig. Avlesningen av hodet til mikrometerskruen ble notert og et veldig lett og jevnt trykk ble gjort for å holde steinen i bevegelse. Når du passerte neste merke, ble prosedyren gjentatt, og alt dette fortsatte til enheten fullførte seks omdreininger.

Under middagsobservasjoner ble rotasjonen utført mot klokken, ved kveldsobservasjoner med klokken. Resultatene av observasjoner er presentert grafisk i fig. 5. Kurve 1 tilsvarer middagsobservasjoner, kurve 2 til kveldsobservasjoner. Stiplede linjer viser en åttendedel av den teoretiske skjevheten. Fra figuren er det mulig å konkludere at hvis det er noen forskyvning på grunn av den relative bevegelsen til jorden og den lysende eteren, kan den ikke være mye større enn 0,01 av avstanden mellom båndene, noe som ikke samsvarer med de opprinnelige antakelsene.

VIKTIGSTE FUNKSJONER I EKSPERIMENTET

Så, etter å ha observert installasjonen deres i et år, fant ikke Michelson og Morley noen endringer i interferensmønsteret: fullstendig eterisk ro! Som et resultat: den eteriske vinden, og derfor eteren, eksisterer ikke. I fravær av den eteriske vinden og eteren, som sådan, en uløselig konflikt mellom Newtons klassiske mekanikk (som antyder en absolutt referanseramme) og Maxwells ligninger (i henhold til hvilke lysets hastighet har en begrensende verdi uavhengig av valg av ramme). referanse) ble åpenbart, noe som til slutt førte til fremveksten av relativitetsteorien. Michelson-Morley-eksperimentet viste til slutt at det ikke finnes noen "absolutt referanseramme" i naturen. Michelson-Morley-eksperimentet ble en grunnleggende bekreftelse på den spesielle relativitetsteorien. Konklusjonene til Michelson og Morley forble urokkelige selv etter mange repetisjoner av eksperimentet utført siden slutten av 1800-tallet. til i dag.

I 1881 gjennomførte Michelson et kjent eksperiment, ved hjelp av hvilket han håpet å oppdage jordens bevegelse i forhold til eteren (den eteriske vinden). I 1887 gjentok Michelson sin erfaring sammen med Morley på et mer avansert instrument. Michelson-Morley-installasjonen er vist i fig. 150,1. Murbunnen støttet et ringformet støpejernstrau fylt med kvikksølv. En treflott fløt på kvikksølvet, formet som den nedre halvdelen av en smultring skåret på langs. En massiv firkantet steinplate ble installert på denne flottøren. En slik enhet gjorde det mulig å jevnt rotere platen rundt enhetens vertikale akse. Et Michelson interferometer ble montert på platen (se fig. 123.1), modifisert slik at begge strålene, før de returnerte til den gjennomskinnelige platen, flere ganger passerte frem og tilbake langs banen som falt sammen med platens diagonal. Diagrammet over strålebanen er vist i fig. 150,2. Betegnelsene i denne figuren tilsvarer betegnelsene i fig. 123,1.

Eksperimentet var basert på følgende betraktninger. La oss anta at armen til interferometeret (fig. 150.3) faller sammen med retningen til jordens bevegelse i forhold til eteren. Da vil tiden som kreves for at strålen skal bevege seg til speilet og tilbake være forskjellig fra tiden som kreves for at bjelke 2 skal bevege seg veien.

Som et resultat, selv om lengdene på begge armer er like, vil bjelker 1 og 2 få en viss baneforskjell. Hvis instrumentet roteres 90°, vil armene bytte plass og forskjellen i bane vil skifte fortegn. Dette skulle føre til et skifte i interferensmønsteret, hvis størrelse, som vist av Michelsons beregninger, godt kunne oppdages.

For å beregne forventet forskyvning av interferensmønsteret, la oss finne passasjetidspunktene for de tilsvarende banene ved bjelke 1 og 2. La jordens hastighet i forhold til eteren være lik .

Hvis eteren ikke er medført av jorden og lyshastigheten i forhold til eteren er lik c (luftbrytningsindeksen er praktisk talt lik enhet), vil lyshastigheten i forhold til enheten være lik c - v for retningen og c + v for retningen. Derfor er tiden for stråle 2 gitt av

(hastigheten til jordens bane er 30 km/s, altså

Før du går videre til beregningen av tid, bør du vurdere følgende eksempel fra mekanikk. Anta at en båt, som utvikler hastighet c i forhold til vann, må krysse en elv som renner med hastighet v i en retning nøyaktig vinkelrett på bredden (Figur 150.4). For at båten skal bevege seg i en gitt retning, må dens hastighet c i forhold til vannet rettes som vist på figuren. Derfor vil hastigheten til båten i forhold til kysten være lik Det samme vil være (som Michelson antok) hastigheten til bjelke 1 i forhold til innretningen.

Derfor er tiden for bjelke 1

Ved å erstatte verdiene (150.1) og (150.2) i uttrykket, får vi forskjellen mellom banene til strålene 1 og 2:

Når instrumentet roteres 90°, vil baneforskjellen endre fortegn. Følgelig vil antallet frynser som interferensmønsteret vil forskyves med være

Armlengden I (tar hensyn til flere refleksjoner) var 11 m. Bølgelengden til lys i Michelson og Morley-eksperimentet var 0,59 μm. Å erstatte disse verdiene i formel (150.3) gir bånd.

Enheten gjorde det mulig å oppdage en forskyvning i størrelsesorden 0,01 frynser. Det ble imidlertid ikke funnet noe skift i interferensmønsteret. For å utelukke muligheten for at horisontplanet på tidspunktet for målingene ville være vinkelrett på jordens banehastighetsvektor, ble eksperimentet gjentatt til forskjellige tider av døgnet. Deretter ble eksperimentet utført mange ganger på forskjellige tider av året (i et år roterer jordens banehastighetsvektor i rommet med 360°) og ga alltid negative resultater. Den eteriske vinden kunne ikke oppdages. Verdenseteren forble unnvikende.

Det er gjort flere forsøk på å forklare det negative resultatet av Michelsons eksperiment uten å forlate hypotesen om en verdenseter. Alle disse forsøkene var imidlertid mislykkede. En uttømmende, konsistent forklaring av alle eksperimentelle fakta, inkludert resultatene av Michelsons eksperiment, ble gitt av Einstein i 1905. Einstein kom til den konklusjon at verdenseteren, dvs. et spesielt medium som kan tjene som en absolutt referanseramme, gjør det. eksisterer ikke. I samsvar med dette utvidet Einstein det mekaniske relativitetsprinsippet til alle fysiske fenomener uten unntak. Videre postulerte Einstein, i samsvar med eksperimentelle data, at lyshastigheten i vakuum er den samme i alle treghetsreferanserammer og ikke er avhengig av bevegelsen til lyskilder og mottakere.

Relativitetsprinsippet og prinsippet om lyshastighetens konstanthet danner grunnlaget for den spesielle relativitetsteorien skapt av Einstein (se kapittel VIII i 1. bind).