В опытах майкельсона морли было установлено что. Опыт Майкельсона - Морли. Новое измерение скорости света
Чтобы распространяться в пространстве, свет не нуждается в «светоносном эфире».
Трудно представить себе абсолютную пустоту — полный вакуум, не содержащий чего бы то ни было. Человеческое сознание стремится заполнить его хоть чем-то материальным, и на протяжении долгих веков человеческой истории считалось, что мировое пространство заполнено эфиром. Идея состояла в том, что межзвездное пространство заполнено какой-то невидимой и неосязаемой тонкой субстанцией. Когда была получена система уравнений Максвелла , предсказывающая, что свет распространяется в пространстве с конечной скоростью, даже сам автор этой теории полагал, что электромагнитные волны распространяются в среде, подобно тому, как акустические волны распространяются в воздухе, а морские — в воде. В первой половине XIX столетия ученые даже тщательно проработали теоретическую модель эфира и механику распространения света, включая всевозможные рычаги и оси, якобы способствующие распространению колебательных световых волн в эфире.
В 1887 году два американских физика — Альберт Майкельсон и Генри Морли — решили совместно провести эксперимент, призванный раз и навсегда доказать скептикам, что светоносный эфир реально существует, наполняет Вселенную и служит средой, в которой распространяются свет и прочие электромагнитные волны. Майкельсон обладал непререкаемым авторитетом как конструктор оптических приборов, а Морли славился как неутомимый и непогрешимый физик-экспериментатор. Придуманный ими опыт проще описать, чем провести практически.
Майкельсон и Морли использовали интерферометр — оптический измерительный прибор, в котором луч света расщепляется надвое полупрозрачным зеркалом (стеклянная пластина посеребрена с одной стороны ровно настолько, чтобы частично пропускать поступающие на нее световые лучи, а частично отражать их; аналогичная технология сегодня используется в зеркальных фотоаппаратах). В итоге луч расщепляется и два получившихся когерентных луча расходятся под прямым углом друг к другу, после чего отражаются от двух равноудаленных от полупрозрачного зеркала зеркал-отражателей и возвращаются на полупрозрачное зеркало, результирующий пучок света от которого позволяет наблюдать интерференционную картину и выявлять малейшую десинхронизацию двух лучей (запаздывании одного луча относительно другого; см. Интерференция).
Опыт Майкельсона—Морли был принципиально направлен на то, чтобы подтвердить (или опровергнуть) существование мирового эфира посредством выявления «эфирного ветра» (или факта его отсутствия). Действительно, двигаясь по орбите вокруг Солнца, Земля совершает движение относительно гипотетического эфира полгода в одном направлении, а следующие полгода в другом. Следовательно, полгода «эфирный ветер» должен обдувать Землю и, как следствие, смещать показания интерферометра в одну сторону, полгода — в другую. Итак, наблюдая в течение года за своей установкой, Майкельсон и Морли не обнаружили никаких смещений в интерференционной картине: полный эфирный штиль! (Современные эксперименты подобного рода, проведенные с максимально возможной точностью, включая эксперименты с лазерными интерферометрами, дали аналогичные результаты.) Итак: эфирного ветра, а, стало быть, и эфира не существует.
В отсутствие эфирного ветра и эфира, как такового, стал очевиден неразрешимый конфликт между классической механикой Ньютона (подразумевающей некую абсолютную систему отсчета) и уравнениями Максвелла (согласно которым скорость света имеет предельное значение, не зависящее от выбора системы отсчета), что и привело в итоге к появлению теории относительности . Опыт Майкельсона—Морли окончательно показал, что «абсолютной системы отсчета» в природе не существует. И, сколько бы Эйнштейн впоследствии ни утверждал, что вообще не обращал внимания на результаты экспериментальных исследований при разработке теории относительности, сомневаться в том, что результаты опытов Майкельсона — Морли способствовали быстрому восприятию столь радикальной теории научной общественностью всерьез, вряд ли приходится.
Эдвард Уильямс МОРЛИ
Edward Williams Morley, 1838–1923
Американский физик и химик. Родился в Ньюарке, штат Нью-Джерси в семье церковнослужителя-конгрегационалиста. По причине слабого здоровья школу не посещал, а учился дома, причем отец готовил его к продолжению служения церкви, однако мальчик предпочел естественные науки и занялся изучением химии и природоведения. В конце концов, из него получился непревзойденный экспериментатор. Именно Морли удалось с непревзойденной точностью определить удельные массы водорода и кислорода в составе чистой воды. Когда же судьба свела его с Альбертом Майкельсоном, его навыки экспериментатора оказались просто незаменимыми, и теперь имена двух этих ученых неразрывно связаны благодаря их знаменитому опыту.
Albert Abraham Michelson, 1852–1931
Американский физик, немец по национальности (на снимке). Родился в местечке Стрельно (ныне Стшельно) на территории современной Польши (в те годы входившей в состав Российской империи). В возрасте двух лет вместе с родителями эмигрировал в США. Вырос в Калифорнии в эпоху знаменитой «золотой лихорадки», однако отец будущего ученого занимался не поисками золота, а мелкооптовой торговлей в городах, охваченных этим недугом. Поступил в Академию ВМФ США по особой рекомендации некоего конгрессмена от своего штата, был принят на действительную службу, прошел полный курс строевой подготовки, после чего был назначен преподавателем физики. Благодаря этому у него появилась возможность заниматься оптикой и, в частности, строительством прибора для определения скорости света.
После выхода в отставку с действительной службы в 1881 году стал преподавателем Школы прикладных наук им. Кейса (Case School of Applied Sciences) в Кливленде, штат Огайо, где и продолжил свои исследования. В 1907 году Майкельсон был удостоен Нобелевской премии по физике «за создание прецизионных оптических инструментов и за выполненные с их помощью исследования», а именно, за точное определение длины стандартного метра и скорости света в вакууме.
), наподобие упругих волн в газе или жидкости. Если источник и приёмник света, находящиеся на фиксированном расстоянии друг от друга, движутся со скоростью v сквозь эту субстанцию, то время распространения света от источника до приёмника будет зависеть от взаимного расположения вектора скорости и вектора, соединяющего источник и приёмник. Относительная разность времени Δt /t при распространении света параллельно и перпендикулярно потоку эфира по порядку величины близка к (v /c ) 2 , если скорость эфира много меньше скорости света. В эксперименте Майкельсона использовалось орбитальное движение Земли сквозь гипотетический эфир (предположительно неподвижный относительно Солнца), причём измерялась разность времени прохождения света одновременно через два перпендикулярных плеча интерферометра; при повороте прибора в потоке эфира время прохождения света через плечи интерферометра должно было бы измениться, что привело бы к изменению разности фаз электромагнитной волны в параллельном и перпендикулярном плече и к изменению наблюдаемой интерференционной картины , возникающей при сложении двух этих пучков света.
Рассмотрим упрощённый вариант, когда одно из плеч (1) расположено по движению эфира через прибор, другое плечо перпендикулярно ему.
Вычисляем общее время t 1 {\displaystyle t_{1}} прохождения света через плечо 1, используя сумму времён прямого и обратного движения и обозначив длину плеча 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}}}}}\approx {\frac {2L_{0}}{c}}\left(1+{\frac {v^{2}}{c^{2}}}\right).}Приближение связано с тем, что v 2 / c 2 ≪ 1 {\displaystyle v^{2}/c^{2}\ll 1} (порядка 10 − 8 {\displaystyle 10^{-8}} , когда берётся скорость эфира v {\displaystyle v} ≈ 30 км/с ≈ 10 −4 c , равная по модулю и противоположная по направлению скорости орбитального движения Земли).
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}}}}}} .Мы можем теперь вычислить:
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}}}}}}\approx {\frac {2L_{1}}{c}}\left(1-{\frac {v^{2}}{2c^{2}}}\right)} .L 1 {\displaystyle L_{1}} - это гипотенуза, по ней сигнал идёт с увеличенной скоростью, при этом прохождение катета со скоростью c {\displaystyle c} даст то же время, что и прохождение гипотенузы с этой увеличенной скоростью. Поэтому достаточно рассмотреть время в виде
t 2 = 2 L 0 c {\displaystyle t_{2}={\frac {2L_{0}}{c}}}Разность фаз пропорциональна:
δ = c (t 2 − t 1) = 2 (L 0 − L 0 1 − v 2 c 2) {\displaystyle \delta =c(t_{2}-t_{1})=2\left({L_{0}-{\frac {L_{0}}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)}S = | δ + δ ′ | {\displaystyle S=|\delta +\delta ^{"}|} , где δ ′ {\displaystyle \delta ^{"}} пропорциональна разности фаз при повороте на 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}\left|1-{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}\right|\approx 2L_{0}{\frac {v^{2}}{c^{2}}}.}Было показано, что теория эфира подразумевает разность фаз в параллельном и перпендикулярном плече, поддающуюся количественной оценке и обнаруживаемую соответствующими экспериментальными средствами (интерферометр Майкельсона - Морли).
История [ | ]
Предыстория [ | ]
Теория распространения света как колебаний особой среды - светоносного эфира - появилась в XVII веке. В 1727 году английский астроном Джеймс Брэдли объяснил с её помощью аберрацию света . Предполагалось, что эфир неподвижен, но после опытов Физо возникло предположение, что эфир частично или полностью увлекается в ходе движения вещества.
Экспериментальная установка Майкельсона - Морли, на которой выполнялись измерения 1887 года . Аппарат размещён на массивной каменной плите размерами 1,5×1,5×0,3 м , плавающей в ртути, чтобы устранить изменение длины плеч интерферометра при повороте аппарата
Под влиянием этих результатов Джордж Фитцджеральд и Лоренц выдвинули гипотезу о сокращении материальных тел в направлении движения в неподвижном и неувлекаемом эфире (1889).
Опыты Миллера [ | ]
По мнению профессора Дэйтона К. Миллера (Кейсовская школа прикладных наук):
Можно полагать, что эксперимент лишь показал, что эфир в конкретной подвальной комнате увлекается в продольном направлении вместе с ней. Мы собираемся поэтому переместить аппарат на холм, чтобы посмотреть, не обнаружится ли там эффект. [ ]
Осенью 1905 г. Морли и Миллер провели эксперимент на Евклидовых высотах в Кливленде , находящихся на высоте около 90 м над озером Эри и около 265 м выше уровня моря. В 1905-1906 гг. было сделано пять серий наблюдений, которые дали определённый положительный эффект - около 1/10 ожидаемого дрейфа .
В марте 1921 г. методика и аппарат были несколько изменены и получен результат в 10 км/с «эфирного ветра». Результаты были тщательно проверены на предмет возможного устранения погрешностей , связанных с магнитострикцией и тепловым излучением . Направление вращение аппарата не оказывало влияния на результат эксперимента .
Более поздние исследования результатов, полученных Д. Миллером, показали, что флуктуации, наблюдавшиеся им и интерпретированные как наличие «эфирного ветра», являются следствием статистических ошибок и неучёта температурных эффектов .
Опыты Кеннеди [ | ]
Теперь я хотел бы сделать несколько замечаний по поводу эксперимента Миллера. Я считаю, что существует серьёзная проблема, связанная с эффектом, периодическим для полного оборота аппарата, и сброшенная со счетов Миллером, подчеркивающим значение эффекта полупериода, то есть повторяющегося при полуобороте аппарата, и касающаяся вопроса об эфирном ветре. Во многих случаях эффект полного периода значительно больше эффекта полупериода. По Миллеру эффект полного периода зависит от ширины полос и будет нулевым для неопределенно широких полос.
Хотя Миллер утверждает, что он смог исключить этот эффект в значительной степени в своих замерах в Кливленде, и это можно легко объяснить в эксперименте, я хотел бы более четко понять причины этого. Говоря в данный момент как приверженец теории относительности, я должен утверждать, что такого эффекта вовсе не существует. Действительно, поворот аппарата в целом, включая источник света, не дает какого-либо сдвига с точки зрения теории относительности. Никакого эффекта не должно быть, когда Земля и аппарат находятся в покое. По Эйнштейну такое же отсутствие эффекта должно наблюдаться для движущейся Земли. Эффект полного периода, таким образом, находится в противоречии с теорией относительности и имеет большое значение. Если затем Миллер обнаружил систематические эффекты, существование которых нельзя отрицать, важно также узнать причину эффекта полного периода .
Опыты Майкельсона и Гэля [ | ]
Схема опыта Майкельсона - Гэля
В 1925 г. Майкельсон и Гэль у Клиринга в Иллинойсе уложили на земле водопроводные трубы в виде прямоугольника. Диаметр труб 30 см . Трубы AF и DE были направлены точно с запада на восток, EF, DA и CB - с севера на юг. Длины DE и AF составляли 613 м ; EF, DA и CB - 339,5 м . Одним общим насосом, работающим в течение трех часов, можно откачать воздух до давления 1 см ртутного столба. Чтобы обнаружить смещение, Майкельсон сравнивает в поле зрительной трубы интерференционные полосы, получаемые при обегании большого и малого контура. Один пучок света шёл по часовой стрелке, другой против. Смещение полос, вызываемое вращением Земли, разные люди регистрировали в различные дни при полной перестановке зеркал. Всего было сделано 269 измерений. Теоретически предполагая эфир неподвижным, следует ожидать смещения полосы на 0,236 ± 0,002 . Обработка данных наблюдений дала смещение 0,230 ± 0,005 , таким образом подтвердив существование и величину эффекта Саньяка .
Современные варианты [ | ]
В 1958 году в Колумбийском университете (США) был проведён ещё более точный эксперимент с использованием противонаправленных лучей двух мазеров , показавший независимость частоты от движения Земли с точностью около 10 −9 %.
Ещё более точные измерения в 1974 году довели чувствительность до 0,025 м/с . Современные варианты эксперимента Майкельсона вместо интерферометров используют оптические и криогенные [прояснить ] микроволновые резонаторы и позволяют обнаружить отклонение скорости света Δc /c , если бы оно составляло ~10 −18 . Кроме того, современные варианты эксперимента Майкельсона чувствительны к гипотетическим нарушениям лоренц-инвариантности не только в уравнениях Максвелла (для электромагнитных волн, как в классическом эксперименте), но и в
Российский ученый В.А. Ацюковский скрупулезно проанализировал экспериментальные основы эйнштейновских теорий относительности и пришел к такому выводу: "Анализ результатов экспериментов, проведенных различными исследователями в целях проверки положений СТО и ОТО, показал, что экспериментов, в которых получены положительные и однозначно интерпретируемые результаты, подтверждающие положения и выводы теорий относительности А. Эйнштейна, не существует".
Это заключение распространяется и на самый знаменитый опыт – опыт Майкельсона-Морли. Обратите внимание, интерферометр Майкельсона-Морли был неподвижен относительно Земли, двигался только свет. Авторы полагали, что им удастся зафиксировать влияние скорости движения Земли V = 30км/с относительно Солнца на отклонение интерференционной полосы света. Расчет производился по формуле
Ожидаемое смещение 0,04 интерференционной полосы не было зафиксировано. И авторы почему-то не стали искать причину расхождений между теорией и экспериментом. Давайте сделаем это за них.
Так как фотоны имеют массу, то Земля для них – инерциальная система отсчёта и их поведение в поле силы её тяжести не должно отличаться от поведения в этом поле других тел, имеющих массу, поэтому мы обязаны подставить в вышеприведенную формулу не скорость движения Земли относительно Солнца (V = 30 км/с), а скорость поверхности Земли (V = 0,5 км/c), формируемую ее вращением относительно своей оси. Тогда ожидаемое смещение интерференционной полосы в опыте Майкельсона-Морли составит не 0,04, а значительно меньше
. (423)
Неудивительно поэтому, что прибор Майкельсона-Морли показывал отсутствие смещения интерференционной полосы. И мы теперь знаем причину этого: у него не хватало необходимой чувствительности (точности).
Тем не менее, Нобелевский комитет выдал в 1907 г. А. Майкельсону Нобелевскую премию «За создание прецизионных оптических инструментов и выполнение с их помощью спектроскопических и метрологических исследований». Добавим, что ошибочная интерпретация эксперимента Майкельсона явилась экспериментальной базой ошибочных теорий относительности А. Эйнштейна.
А что если поставить такой опыт, чтобы в нем источник света и прибор, фиксирующий смещение интерференционной полосы, перемещались (вращались) бы в поле тяготения Земли? В этом случае сравниваются показания приборов при отсутствии вращения всей установки и при ее вращении. Сразу видно, что при отсутствии вращения установки принцип измерений не будет отличаться от принципа измерений в опыте Майкельсона-Морли и прибор не покажет никакого смещения интерференционной полосы. Но как только установка начнет вращаться в поле силы тяжести Земли, так сразу должно появиться смещение указанной полосы. Объясняется это тем, что пока свет идет от источника к приемнику, положение последнего меняется в поле силы тяжести Земли относительно источника, и прибор должен зафиксировать смещение указанной полосы.
Подчеркнем еще раз: положение источника и приемника сигналов в опыте Майкельсона-Морли не меняется друг относительно друга в поле силы тяжести Земли, а в описанном нами примере - меняется. Это главное отличие указанных опытов. Описанная элементарная логика убедительно подтверждена опытом Саньяка. Результаты его опыта противоречат показаниям интерферометра Майкельсона-Морли и этот факт релятивисты замалчивают и упорно игнорируют, ярко демонстрируя этим, что научная истина их не интересует.
Мы привели достаточно веские доказательства ошибочности эйнштейновских теорий относительности, поэтому невольно возникает вопрос: а как же теперь воспринимать тот факт, что теории относительности А. Эйнштейна лежат в фундаменте, как считают релятивисты, всех достижений физики в XX веке? Очень просто! Все эти достижения - результат усилий главным образом физиков-экспериментаторов, которые проводили эксперименты не с целью проверки физических теорий, а с целью получения такого результата, который бы можно было использовать в военных целях или в конкурентной борьбе при завоевании рынков сбыта своей продукции.
Теоретики, конечно, пытались найти объяснение этим достижениям, как-то их обосновать, но эти объяснения оказались приближенными и поверхностными. Главным тормозом в объяснении глубинных основ материи и мироздания был стереотип мышления, сформированный ошибочными теориями Эйнштейна, и настойчивость его сторонников в защите этих теорий от критики.
12.5. Как родились планеты Солнечной системы
Проанализируем лишь ту гипотезу о формировании планет Солнечной системы, согласно которой они образовались из звезды, пролетавшей вблизи Солнца, которое захватило её своим гравитационным полем (рис. 228, а).
Рис. 228. a) - схема движения планет вокруг Солнца; схема
вовлечения звезды А гравитационной силой Солнца (С)
в орбитальное движение
Эта гипотеза позволяет найти ответы на большую часть главных вопросов, связанных с рождением планет.
Анализ процесса рождения планет Солнечной системы начнём с формулировки главных вопросов, ответы на которые должны следовать из этого анализа.
1. Почему орбиты всех планет почти круговые?
2. Почему орбиты всех планет лежат почти в одной плоскости?
3. Почему все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении?
4. Почему направления вращения планет (за исключением Урана) вокруг своих осей совпадают с направлениями их вращения вокруг Солнца?
5. Почему плоскости орбит большинства спутников планет близки к их экваториальным плоскостям?
6. Почему орбиты большинства спутников почти круговые?
7. Почему большинство спутников и кольцо Сатурна обращаются вокруг своих планет в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца?
8. Почему существует градиент плотности планет?
9. Можно ли предполагать, что закономерность изменяющейся плотности планет, по мере удаления их от Солнца, аналогична изменению плотности существующего Солнца, начиная от его ядра до её поверхности?
10. Почему с удалением планет от Солнца их плотности вначале уменьшаются, а потом незначительно увеличиваются?
Мы уже показали, что формированием основных элементарных частиц: фотонов, электронов, протонов и нейтронов управляет закон сохранения кинетического момента (момента импульса), математической моделью которого является константа Планка (219). Мы назвали этот закон главным законом, управляющим формированием материального мира. Из этого следует, что этот же закон должен был управлять процессом рождения планет Солнечной системы. Сейчас мы убедимся в большой вероятности связи этой гипотезы с реальностью.
Поскольку планеты не имеют прямолинейных движений, а вращаются относительно Солнца и относительно своих осей, то для описания этих вращений мы будем пользоваться математической моделью закона сохранения кинетического момента .
А теперь формулируем гипотезу. Планеты Солнечной системы сформировались из звезды , пролетавшей мимо Солнца и захваченной её гравитационным полем (рис. 228, b, позиции: 1, 2, 3, 4, 5…). Когда звезда была далека от Солнца, то, двигаясь в пространстве, она вращалась только относительно своей оси, которая была параллельна (в основном) оси вращения Солнца. Вполне естественно, что звезда обладала собственным кинетическим моментом, величина которого нам не известна. Однако нам известно, что отсутствие внешних сил оставляло этот момент постоянным. По мере приближения к Солнцу на звезду начинала действовать сила гравитации Солнца.
Предположим, что эта звезда пролетала мимо Солнца на расстоянии равном расстоянию от Солнца до самой первой планеты Меркурий. Вполне естественно, что сила гравитации Солнца (рис. 228, b, позиции: 2, 3, 4…) вовлекла эту звезду в круговое движение вокруг Солнца. Следующее предположение заключается в том, что направление вращения звезды вокруг своей оси совпадало с направлением вращения звезды вокруг Солнца. В результате к кинетическому моменту вращения звезды относительно своей оси добавился кинетической момент вращения вокруг Солнца.
Поскольку звезда была в плазменном состоянии, как и Солнце, только меньше Солнца по массе и размеру, то она смогла бы удержаться на орбите только при условии равенства между центробежной силой инерции и силой гравитации Солнца (рис. 228, b, позиция 5). Если этого равенства не было, то на образовавшейся первой орбите могла удержаться лишь та часть прочно связанной плазмы звезды (рис. 228, позиция 6), которая обеспечивала равенство между центробежной силой инерции и силой гравитации Солнца. Оставшаяся часть плазмы звезды начинала удаляться от Солнца под действием большей центробежной силы инерции (рис. 228, позиция 7). В процессе удаления от Солнца из удаляющейся части звезды начинала формироваться следующая порция устойчивой структуры, которую гравитационная сила Солнца вновь выделила из плазмы звезды и образовала вторую планету – Венеру. Последовательность описанных событий и сформировала планеты вокруг Солнца.
Теперь надо доказать достоверность описанного гипотетического сценария рождения Солнечной системы. Для этого соберём информацию о современном состоянии планет Солнечной системы. В эту информацию, необходимо включить массы всех планет и их больших спутников, плотности всех планет, их радиусы, а также радиусы орбит, орбитальные скорости, и угловые скорости вращения планет относительно своих осей. Эта информация позволит нам найти орбитальный кинетический момент звезды в момент начала её вращения вокруг Солнца. Звезда, удаляющаяся от Солнца за счёт того, что центробежная сила инерции больше силы гравитации Солнца, будет оставлять на орбитах существующих планет столько плазменной массы, сколько они сейчас имеют её в твёрдом состоянии вместе со своими спутниками.
Вполне естественно, что суммарный кинетический момент всех современных планет будет равен кинетическому моменту звезды в момент начала её орбитального движения вокруг Солнца (рис. 228, b, позиция 5).
Итак, приведём основную информацию о Солнце и её планетах. Солнце имеет массу 
. Её радиус равен , а плотность 
. Угловая скорость вращения Солнца относительно своей оси равна 
. Известно, что сумма масс всех планет и их спутников почти в 1000 раз меньше массы Солнца. Ниже, в табл. 61 приводятся массы планет Солнечной системы и их плотности.
Таблица 61. Массы планет и их спутников, и плотности планет
| Планеты | Массы, , кг | Плотности, |
| 1. Меркурий | ||
| 2.Венера | ||
| 3. Земля |  | |
| 4. Марс | ||
| 5. Юпитер |  | |
| 6. Сатурн |  | |
| 7. Уран | ||
| 8. Нептун |  | |
| 9. Плутон | ||
| Итого |
Основную информацию о параметрах планет мы брали в Интернете: Астрономия + Астрономия для любителей + Солнечная система + наименования планет + планета в цифрах. Оказалось, что составители этой справочной информации допустили ряд ошибок. Например, согласно их данным, радиусы орбит у Юпитера и Сатурна одинаковые, а у Нептуна радиус орбиты, выраженный в астрономических единицах, отличается от его величины, выраженной в километрах. Нам представляется, что публикуемая гипотеза заинтересует астрономов - профессионалов и они, владея более точной информацией, уточнят результаты наших расчётов.
Обратим внимание на последовательность изменения плотности планет. Те из них, что ближе расположены к Солнцу, имеют большую плотность. По мере удаления планет от Солнца их плотность вначале уменьшается, а потом вновь растёт. Самая маленькая плотность у Сатурна, а самая большая – у Земли. Удивительным является то, что Солнце, находясь в плазменном состоянии, имеет плотность () большую, чем у Юпитера, Сатурна и Урана, пребывающих в твёрдом состоянии.
Считается, что Сатурн состоит в основном из твёрдого водорода и гелия. В составе Нептуна и Плутона кроме водорода и гелия есть и другие химические элементы.
Если предположить, что все планеты образовались из звезды, то она должна была иметь градиент плотности, примерно, такой, какой сформировался у последовательно образовавшихся планет. Ядро звезды состояло из более тяжёлых химических элементов, которые рождались в процессе её жизни и эволюции и опускались её силами гравитации к центру. Тот факт, что Сатурн, имея самую низкую плотность, состоит в основном из водорода, провоцирует предположение о том, что водород, как главный источник термоядерных реакций, занимал среднюю область звезды, в которой и происходят термоядерные взрывы. Большая часть тяжёлых химических элементов, которые рождаются при этом, устремляется силой гравитации звезды к её ядру, а меньшая часть выбрасывается взрывами в направлении к поверхности звезды.
Описанное провоцирует нас также предположить, что современное Солнце тоже имеет градиент плотности с последовательностью, которую имеет градиент плотности последовательности планет (табл. 40). Из этого следует, что термоядерные реакции протекают, примерно, в средней сферической области Солнца, а протуберанцы на её поверхности - следствия этих взрывов.
Если описанная гипотеза изменения плотности звезды, пребывающей в плазменном состоянии, близка к реальности, то разность между центробежной силой и силой гравитации Солнца, действовавшая на пролетающую мимо звезду, должна была задержать, прежде всего, ту часть её плазмы, которая имеет наибольшую плотность, а значит наиболее прочную связь между молекулами химических элементов. Более легкая часть плазмы, с меньшей связью между молекулами химических элементов, должна быть удалена от Солнца центробежной силой инерции, большей чем гравитационная сила Солнца. Вероятность такого сценария подтверждают приливы и отливы в океанах Земли, формируемые гравитационной силой Луны, эквивалентной по действию силе инерции.
Конечно, вода - это не плазма, но её текучесть оказывается достаточной, чтобы реагировать на изменение величины силы гравитации Луны при изменении расстояния между поверхностью океана и Луной всего на 3,3%.
Радиусы планет и радиусы их орбит, а также угловые скорости вращения планет относительно своих осей и относительно Солнца и орбитальные скорости планет. Они представлены в таблицах 62, 63.
Таблица 62. Радиусы планет и радиусы их орбит
| Планеты | Радиусы планет, , м | Радиусы орбит, , м |
| 1. Меркурий | ||
| 2. Венера | ||
| 3. Земля | ||
| 4. Марс | ||
| 5. Юпитер | ||
| 6. Сатурн | ||
| 7. Уран | ||
| 8. Нептун | ||
| 9. Плутон |
Орбитальные центробежные силы инерции и гравитационные силы Солнца , действующие на современные планеты, представлены в табл. 64. Их равенство – доказательство устойчивости орбит (табл. 64).
Таблица 64. Скорости планет
| Планеты | Собственные угло- вые скорости, , рад/с | Орбитальные угловые скорости, , рад/с | Орбитальные скорости, , м/с |
| 1.Меркурий | |||
| 2. Венера | |||
| 3. Земля | |||
| 4. Марс | |||
| 5. Юпитер | |||
| 6. Сатурн | |||
| 7. Уран | |||
| 8. Нептун | |||
| 9. Плутон |
Вполне естественно, что на первой орбите, которую начинала формировать звезда, пришедшая из космоса к Солнцу, осталась лишь та часть её плазмы, которая обеспечила равенство между силой гравитации Солнца и центробежной силой инерции (табл. 65). Очевидно также и то, что такое разделение плазмы звезды начиналось в самом начале её вращения относительно Солнца, поэтому у плазмы, оставшейся на первой орбите, орбитальная скорость могла уменьшиться.
Таблица 65. Центробежные силы инерции и гравитационные силы
современных планет
| Планеты |  |  |
| 1. Меркурий | ||
| 2. Венера | ||
| 3. Земля | ||
| 4. Марс | ||
| 5. Юпитер | ||
| 6. Сатурн | ||
| 7. Уран | ||
| 8. Нептун | ||
| 9. Плутон |
Естественно также, что силы гравитации той части плазмы, которая осталась на первой орбите, сформировали из неё сферическое образование, подобное форме современной планеты Меркурий (рис. 228, b, позиция 6).
Таким образом, на первой орбите осталось сферическое образование с достаточно большой плотностью, а оставшаяся часть плазмы звезды удалилась от Солнца центробежной силой инерции. В результате из удалявшейся плазмы силы гравитации сформировали вторую порцию плазмы с массой, обеспечивающей равенство между силой гравитации Солнца и силой инерции. Из этой порции образовалась вторая планета - Венера, а оставшаяся плазма бывшей звезды продолжила удаление от Солнца. Из неё потом и образовалась наша планета, а от удаляющейся части остатка звезды отделился ещё один объект, который мы теперь называем Луна. Так постепенно из плазмы бывшей звезды выделились порции с большей плотностью.
Настал момент, когда отделилась часть сферы с максимальным количеством водорода, обеспечивавшим термоядерные реакции звезды, и образовался вначале Юпитер, а потом Сатурн.
У оставшейся плазмы было меньше водорода и больше более тяжёлых химических элементов, которые были выброшены ядерными взрывами на поверхность звезды в период её нормальной активности. В результате, у самых дальних планет плотность увеличилась.
Конечно, процесс отделения каждой порции плазмы звезды очень сложен. Тут действуют силы связи между молекулами химических элементов и их кластерами, внутренние силы гравитации звезды, центробежные силы инерции вращения звезды относительно своей оси, орбитальные центробежные силы инерции и силы гравитации Солнца. Однако, плазменное состояние вещества звезды приводит к тому, что гравитационная сила Солнца задерживает на орбите, прежде всего, ту её часть, которая имеет наибольшую плотность, так как силы, объединяющие эту часть, больше сил, которые действуют в менее плотных слоях звезды. У удаляющейся части звезды силы гравитации вновь сформируют ядро из тех химических элементов, которые оказались ближе к её центру.
Из описанной схемы формирования планет мы сразу получаем ответ на вопрос о причинах движения их в одной плоскости и совпадения их вращений (исключая Уран) относительно своих осей и относительно Солнца с направлением вращения Солнца относительно своей оси.
Вполне естественно, что формирование спутников планет - следствие плазменного состояния частей звезды, удалявшихся от Солнца. Некоторые из этих частей отделялись от той части плазмы звезды, которая, выделив из себя порцию для формирования планеты, удаляясь от Солнца, потеряла ещё некоторую часть своей плазмы. Тот факт, что плотность Луны меньше плотности Земли подтверждает это предположение.
Что касается обратного вращения Урана относительно своей оси, то причин этого может быть несколько и их надо анализировать.
Итак, описанный процесс образования планет возможен, если на каждую орбиту будет приходить порция плазмы звезды, центробежная сила которой будет больше силы гравитации Солнца. Как это проверить?
Мы уже отметили, роль закона сохранения кинетического момента. Прежде всего, суммарная величина масс всех планет и их спутников должна быть равна массе звезды, из которой они образовались. Далее, суммарная величина кинетических моментов всех существующих планет и их спутников должна быть равна кинетическому моменту звезды в момент начала её вращения относительно Солнца (рис. 228, b, позиция 5). Обе эти величины легко рассчитываются. Результаты этих расчётов представлены в таблицах 65-66. Нам остаётся лишь дать пояснения по методике этих расчётов.
Таблица 65. Кинетические моменты современных планет
| Планеты | Собственные кинет. моменты, | Орбитальные кинет. моменты,
 |
| 1. Меркурий | ||
| 2. Венера | ||
| 3. Земля | ||
| 4. Марс | ||
| 5. Юпитер | ||
| 6. Сатурн | ||
| 7. Уран | ||
| 8. Нептун | ||
| 9. Плутон |
Информация, представленная в табл. 40, получена из справочных данных о планетах Солнечной системы. Величины угловых скоростей вращения планет вокруг собственных осей и вокруг Солнца (табл. 63), необходимые для вычисления кинетических моментов вращения планет относительно своих осей и относительно Солнца, взяты из Интернета.
Таблица 66. Кинетические моменты современных планет
| Планеты | Орбитальные кинет.
моменты,
 | Общие кинет. моменты,
|
| 1. Меркурий | ||
| 2. Венера | ||
| 3. Земля | ||
| 4. Марс | ||
| 5. Юпитер | ||
| 6. Сатурн | ||
| 7. Уран | ||
| 8. Нептун | ||
| 9. Плутон | ||
| Итого |
Обратим внимание на то, что планеты имеют формы, близкие к шаровым, поэтому их моменты инерции относительно своих осей вращения определяются по формуле 
. Следующая важная информация (табл. 65): орбитальные кинетические моменты всех планет на несколько порядков больше кинетических моментов вращения их относительно своих осей. В результате для приближённых расчётов достаточно взять суммарные кинетические моменты всех планет, равные их орбитальным значениям.
Опыт Майкельсона-Морли принципиально направлен на то, чтобы подтвердить (или опровергнуть) существование мирового эфира посредством выявления «эфирного ветра» (или факта его отсутствия).
Альберт Абрахам МАЙКЕЛЬСОН 1852–1931
Американский физик немецкого происхождения, известен изобретением названного его именем интерферометра Майкельсона и прецизионными измерениями скорости света. В 1887 году Майкельсон, совместно с Э. У. Морли, провёл эксперимент, известный как эксперимент Майкельсона-Морли. Лауреат Нобелевской премии по физике в 1907 г. «за создание точных оптических инструментов и спектроскопических и метрологических исследований, выполненных с их помощью».
Эдвард Уильямс Морли 1839 1923 ) - американский физик.
Наибольшую известность получили его работы в области интерферометрии, выполненные совместно с Майкельсоном. В химии же высшим достижением Морли было точное сравнение атомных масс элементов с массой атома водорода, за которое ученый был удостоен наград нескольких научных обществ.
СУЩНОСТЬ РАССМОТРАВАЕМОГО ОПЫТА
Сущность опыта Майкельсона-Морли заключается в получение интерференционной картины на экспериментальной установке и выявлении малейшей десинхронизации двух лучей под воздействием «эфирного ветра». В этом случае было бы доказано существование эфира. Под эфиром тогда понималась среда, аналогичная объёмнораспределённой материи, в которой распространяется свет подобно звуковым колебаниям.
Суть опыта заключается в следующем. Монохроматический луч света, пройдя через собирающую линзу, попадает на полупрозрачное зеркало В, наклоненное под углом 45 градусов, где разделяется на два луча, один из которых движется перпендикулярно направлению предполагаемого движения прибора относительно эфира, другой - параллельно этому движению. На одинаковом расстоянии L от полупрозрачного зеркала B установлены два плоских зеркала - С и D. Лучи света, отражаясь от этих зеркал, снова падают на зеркало B, частично отражаются, частично проникают сквозь него и попадают на экран (или в зрительную трубу) E.
Если интерферометр покоится относительно эфира, то время, затрачиваемое первым и вторым лучами света на свой путь, одинаково, и в детектор попадают два когерентных луча в одинаковой фазе. Следовательно, возникает интерференция, и можно наблюдать центральное светлое пятно на интерференционной картине, характер которой определяется соотношением форм волновых фронтов обоих пучков. Если же интерферометр движется относительно эфира, то время, затрачиваемое лучами на свой путь, оказывается разным. Ожидаемое смещение интерференционной картины должно составлять 0,04 расстояния между интерференционными полосами.
Из основных встретившихся трудностей состояли в приведении прибора во вращение без создания искажений, другая же – его крайняя чувствительность к вибрациям.
Первая из названных трудностей была полностью устранена путем установки прибора на массивный камень, плавающий в ртути; вторая же была преодолена посредством увеличения пути света вследствие повторных отражений до величины, почти в десять раз превосходившей первоначальную.
Каменная плита имела площадь около 1,5 х 1,5 м и толщину 0,3 м. Она покоилась на кольцеобразном деревянном поплавке с внешним диаметром 1,5 м, внутренним диаметром 0,7 м и толщиной 0,25 м. Поплавок располагался на ртути, содержавшейся в чугунном лотке толщиной 1,5 см и таких размеров, что вокруг поплавка в нем оставалось свободное пространство около сантиметра. В каждом углу камня помещалось по четыре зеркала. Вблизи центра камня находилась плоскопараллельная стеклянная пластинка.
Наблюдения проводились следующим образом. Вокруг чугунного лотка имелось шестнадцать эквидистантных отметок. Прибор приводился в очень медленное вращение (один оборот за шесть минут), и через несколько минут в момент прохождения одной из отметок пересечение нитей микрометра наводилось на самую яркую интерференционную полосу. Вращение происходило столь медленно, что это можно было сделать легко и точно. Отмечалось показание головки винта микрометра и делался очень легкий и плавный толчок для поддержания движения камня. При прохождении следующей отметки процедура повторялась, и все это продолжалось до тех пор, пока прибор не завершал шесть оборотов.
При полуденных наблюдениях вращение производилось против часовой стрелки, при вечерних – по часовой стрелке. Результаты наблюдений представлены графически на рис. 5. Кривая 1 соответствует полуденным наблюдениям, кривая 2 – вечерним. Пунктирные линии показывают одну восьмую теоретического смещения. Из рисунка возможно сделать вывод о том, что если и существует какое-либо смещение благодаря относительному движению Земли и светоносного эфира, оно не может быть значительно больше, чем 0,01 расстояния между полосами, что не соответствует начальным предположениям.
СУЩЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТА
Итак, наблюдая в течение года за своей установкой, Майкельсон и Морли не обнаружили никаких смещений в интерференционной картине: полный эфирный штиль! В итоге: эфирного ветра, а, стало быть, и эфира не существует. В отсутствие эфирного ветра и эфира, как такового, стал очевиден неразрешимый конфликт между классической механикой Ньютона (подразумевающей некую абсолютную систему отсчета) и уравнениями Максвелла (согласно которым скорость света имеет предельное значение, не зависящее от выбора системы отсчета), что и привело в итоге к появлению теории относительности. Опыт Майкельсона-Морли окончательно показал, что «абсолютной системы отсчета» в природе не существует. Опыт Майкельсона-Морли стал фундаментальным подтверждением специальной теории относительности. Выводы Майкельсона и Морли остались незыблемыми и после множества повторений опыта, проведенных с конца XIX в. до наших дней.
В 1881 г. Майкельсон осуществил знаменитый опыт, с помощью которого он рассчитывал обнаружить движение Земли относительно эфира (эфирный ветер). В 1887 г. Майкельсон повторил свой опыт совместно с Морли на более совершенном приборе. Установка Майкельсона - Морли изображена на рис. 150.1. Кирпичное основание поддерживало кольцевой чугунный желоб с ртутью. На ртути плавал деревянный поплавок, имеющий форму нижней половины разрезанного вдоль бублика. На этот поплавок устанавливалась массивная квадратная каменная плита. Такое устройство позволяло плавно поворачивать плиту вокруг вертикальной оси прибора. На плите монтировался интерферометр Майкельсона (см. рис. 123.1), видоизмененный так, что оба луча, прежде чем вернуться к полупрозрачной пластинке, несколько раз проходили туда и обратно путь, совпадающий с диагональю плиты. Схема хода лучей показана на рис. 150.2. Обозначения на этом рисунке соответствуют обозначениям на рис. 123.1.
В основе опыта лежали следующие соображения. Предположим, что плечо интерферометра (рис. 150.3) совпадает с направлением движения Земли относительно эфира. Тогда время, необходимое лучу чтобы пройти путь до зеркала и обратно, будет отлично от времени, необходимого для прохождения пути лучом 2.
В результате, даже при равенстве длин обоих плеч, лучи 1 и 2 приобретут некоторую разность хода. Если повернуть прибор на 90°, плечи поменяются местами и разность хода изменит знак. Это должно привести к смещению интерференционной картины, величину которого, как показали произведенные Майкельсоном расчеты, вполне можно было бы обнаружить.
Чтобы вычислить ожидаемое смещение интерференционной картины, найдем времена прохождения соответствующих путей лучами 1 и 2. Пусть скорость Земли относительно эфира равна .
Если эфир не увлекается Землей и скорость света относительно эфира равна с (показатель преломления воздуха практически равен единице), то скорость света относительно прибора будет равна с - v для направления и с + v для направления Следовательно, время для луча 2 определяется выражением
(скорость движения Земли по орбите равна 30 км/с, поэтому
Прежде чем приступить к вычислению времени , рассмотрим следующий пример из механики. Пусть катеру, который развивает скорость с относительно воды, требуется пересечь реку, текущую со скоростью v, в направлении, точно перпендикулярном к ее берегам (рис 150.4). Для того чтобы катер перемещался в заданном направлении, его скорость с относительно воды должна быть направлена так, как показано на рисунке. Поэтому скорость катера относительно берегов будет равна Такова же будет (как предполагал Майкельсон) скорость луча 1 относительно прибора.
Следовательно, время для луча 1 равно
Подставив в выражение значения (150.1) и (150.2) для получим разность хода лучей 1 и 2:
При повороте прибора на 90° разность хода изменит знак. Следовательно, число полос, на которое сместится интерференционная картина, составит
Длина плеча I (учитывая многократные отражения) составляла 11 м. Длина волны света в опыте Майкельсона и Морли равнялась 0,59 мкм. Подстановка этих значений в формулу (150.3) дает полосы.
Прибор позволял обнаружить смещение порядка 0,01 полосы. Однако никакого смещения интерференционной картины обнаружено не было. Чтобы исключить возможность того, что в момент измерений плоскость горизонта окажется перпендикулярной к вектору орбитальной скорости Земли, опыт повторялся в различное время суток. Впоследствии опыт производился многократно в различное время года (за год вектор Орбитальной скорости Земли поворачивается в пространстве на 360°) и неизменно давал отрицательные результаты. Обнаружить эфирный ветер не удавалось. Мировой эфир оставался неуловимым.
Было предпринято несколько попыток объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона, не отказываясь от гипотезы о мировом эфире. Однако все эти попытки оказались несостоятельными. Исчерпывающее непротиворечивое объяснение всех опытных фактов, в том числе и результатов опыта Майкельсона, было дано Эйнштейном в 1905 г. Эйнштейн прншел к выводу, что мирового эфира, т. е. особой среды, которая могла бы служить абсолютной системой отсчета, не существует. В соответствии с этим Эйнштейн распространил механический принцип относительности на все без исключения физические явления. Далее Эйнштейн постулировал в соответствии с опытными данными, что скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источников и приемников света.
Принцип относительности и принцип постоянства скорости света образуют основу созданной Эйнштейном специальной теории относительности (см. главу VIII 1-го тома).