Ефект на Доплер и наблюдение на Де Ситер

Откриване на ефекта и неговото обяснение. (Откъс от книгата на W.I. Frankfurt и A.M. Frank „Оптика на движещи се тела“).

Разглеждат се два случая:

Наблюдателят се придвижва към източника. Честотата, която възприема, се променя като:

f = f 0(1 + v / c) (1)

За отдалечаващ се наблюдател: f = f 0(1 – v / c ) (2)

Източникът се движи към наблюдателя: f = f 0/(1 – v / c ) (3)

Източникът се отдалечава от наблюдателя: f = f 0/(1 + v / c ) (4)

3. Откриването на забавянето на времето от теорията на относителността показа, че тези формули са идентични: f = f 0 (1 ± v / c )/(1 – v 2 / c 2 ) 1/2 (5)

f \u003d f 0 (1 - v 2 / c 2 ) 1/2 / (1 v / c ) (6)

Освен това, за разлика от класическата формула, където няма ефект в перпендикулярна посока, в релативистката той съществува и е потвърден в експерименти. И името му е "напречен ефект на Доплер":

За движещ се източник f = f 0 U ;

За движещ се наблюдател f = f 0/ U . Където U = B = v/c.

Фактор на забавяне на времето при движещи се ISO.

Факторът на забавяне на времето е увеличаване на продължителността на една секунда в движещи се инерционни системи. Тъй като честотата се определя като броя на трептенията в секунда, тогава, например, честотата на движещ се наблюдател се увеличава повече, отколкото от ефекта на Доплер, тъй като повече трептения се вписват в неговата секунда. При източника, напротив, при същата честота в своята секунда, „почиващият” наблюдател възприема излъчената честота като намалена с U пъти. И в двата случая това е корекция за промяната на честотата от ISO скоростта. Всичко това е проверено и потвърдено в експерименти. Сега нека се преместим на малко по-различна равнина и разгледаме ефекта на Доплер от другата страна.

ЕфектДоплер и скоростта на светлината

U.I.Frankfurt и A.M.Frenk в книгата "Оптика на движещи се тела" отразяват само външната страна на ефекта на Доплер, показвайки идентичността на формули 5 и 6, без да засягат вътрешните механизми на излъчване и приемане. Но източникът и наблюдателят могат да си сменят местата. Източникът и наблюдателят трябва да се разглеждат като отделни инерционни системи, в които действат собствените им закони.

Скоростта на светлината във физиката се определя като произведение на честотата и дължината на вълната: c = f l . Естествено, тази формула трябва да е валидна във всички ISO. Прилагането на тази формула е един от начините за определяне на скоростта на светлината, тъй като ви позволява да я определите с голяма точност. Теорията на относителността гласи, че скоростта на светлината във всички IRF в празнотата е една и съща и равна на c, и е еднаква във всички посоки. Следователно и произведението на честотата и дължината на вълната във всички ISO трябва да бъде еднакво. Нека да видим как теорията на Айнщайн се е справила с тази задача.

Тук трябва да се отбележат два момента: първият е, че честотата се определя от дължината на втория, т.е. часовник и тяхната точност вече е достигнала 10 -12 сек.; вторият момент е дължината на вълната, тя се определя от друга физическа величина - метърът. Точността на измерването му достига 10 -9 . Международният стандарт на измервателния уред е одобрен като определен брой дължини на вълните, определен преход на криптонния атом. Какво следва от това?

Първо, дължината на вълната и честотата на определени преходи на атоми във всички IRF трябва да бъдат поне числово еднакви, според първия постулат.

Второ, ако честотата зависи от продължителността на една секунда, тогава как това се отразява на дължината на вълната и влияе ли върху нея?

Източникът и наблюдателят са всеки в своя собствена инерционна система и могат да променят функциите си: наблюдателят може да изпраща сигналиизточникът и местният наблюдател ги приемат и обратно. Обмислете следните точки:

1. Помислете за движението на наблюдател, когато светлината влиза в него от перпендикулярна посока. Според теорията, дължината на линийката в тази посока е еднаква за всички наблюдатели, скоростта на светлината, според наблюдателя, който се намира в IFR на източник в покой, в движещ се IFR е равна на cU . Според часовника на „неподвижния” наблюдател светлината навлиза в IFR на движещия се наблюдател с честота f 0 и дължина на вълната l 0 . Скоростта на светлината, включена в ISO, е f 0 l 0 = c . Честотата на входа и в самия IFR на движещия се наблюдател, като енергоносител, не се променя. Дължината на вълната се променя като l 0 U . Той ще го измери като λ0 U . Следователно неговата скорост на светлината от гледна точка на покойния наблюдател е c '= f 0 l 0 U = cU . Промяната в дължината на вълната в ISO на движещ се наблюдател е вид индекс на пречупване на светлината. По аналогия със стъклото: честотата на светлината в стъклото не се променя, дължината на вълната се променя - намалява, следователно скоростта на светлината в стъклото е n пъти по-малка от тази във въздуха; излизайки от стъклото, скоростта на светлината възвръща предишната си стойност. Движещ се наблюдател вярва, че светлината е дошла до него с честота f = f 0/ U и дължина на вълната λ = λ0 U . Следователно, измервайки скоростта на светлината, той ще стигне до извода, че тя е равна на c. f 0/ U λ 0 U = f 0 λ 0 = c . Числената стойност на скоростта на светлината се запазва!.

2. Наблюдателят се придвижва към покойния източник.

Скоростта на светлината, дошла до наблюдателя, според теорията и трансформациите на Лоренц трябва да бъде c, не числено, а абсолютно! Нека да видим какви ограничения трябва да съпътстват такова движение на светлината? Според наблюдателя в покой, честотата, включена в IFR на движещия се наблюдател, се променя като f ' = f 0(1+ B ), съответно дължината на вълната l ' = l 0/(1+Б) поради ефекта на Доплер.

Дължината на вълната трябва да бъде намалена с коефициент U, а линията се намалява със същото количество, докато честотата може да се увеличава неограничено. В резултат на това, като се дефинира скоростта на светлината като произведение на честота и дължина на вълната, може да се получи скорост, по-голяма от c. Следователно дължината на линийката не трябва да се променя с относителната ISO скорост. Само чрез измерване на дължината на вълната с нормална линийка може да се забележи допълнително скъсяване на дължината на вълната.

Така доказахме, че не може да има намаляване на надлъжните размери на телата! Как скоростта на светлината не може да бъде същата!По пътя ще докажа това твърдение.

Наблюдател, който се движи към източника, ще измери честотата като:f ' =f 0(1+B )/U ,дължина на вълната като:l ' =l 0U /(1+B ).Скоростта на светлината, съответно:

C ' =f 'l ' =C .Но може би наистина е същото? Оказва се – не!

Движещият се наблюдател получи само същата числена стойност на скоростта на светлината, тъй като неговата секунда еГпъти по-дълга от неподвижния му противник и той надцени честотата сГпъти. Следователно, ако неговата секунда се доведе до времето на неподвижен наблюдател, тогава честотата ще намалее сГпъти и скоростта на светлината ще стане това, което трябва да бъде:CU .

Отбелязвам, че разсъждавам в рамките на SRT. Не съм променил нито една от формулите.

По този начин скоростта на светлината в никакъв случай не може да бъде еднаква във всички IFR. Съхранява се само числената стойност на скоростта на светлината:

От това разсъждение следва: скоростта на светлината при IFR е относителна във всички посоки, а не само в перпендикулярна посока;не трябва да има свиване на телата в надлъжна посока. Да, не е, защото не е намерено в нито един експеримент.

И така, стигнахме до края на нашите разсъждения: две птици бяха убити с един камък от един движещ се наблюдател - първо, те доказаха, че скоростта на светлината не може да бъде еднаква навсякъде, и второ, като следствие от първото, намаляване на надлъжните размери на телата в природата няма и не трябва да има.

3. Наблюдателят се отдалечава от източника: f 0(1- B )/ U ´ l 0 U /(1- B ) = C . Тук няма какво да добавя, затова давам само формулата за отдалечаващия се наблюдател.

Скоростта на светлината за движещ се наблюдател е числово еднаква от всички посоки и е равна на C.I.e. числото не зависи от скоростта на наблюдателя!

4. Помислете за движението на източника:

Източникът се движи покрай почиващия наблюдател, т.е. светлината идва към него от перпендикулярна посока.

Нека първо разгледаме наблюдател, движещ се с източника. Той вярва, че има скоростта на светлината c във всички посоки, така че взема референтния преход на атом с честота f 0 и дължина на вълната l 0 и изпраща сигнал до наблюдател в покой. Дължината на вълната на идентични преходи на идентични атоми трябва да бъде еднаква за всички наблюдатели. Освен това наблюдателят в покой смята, че скоростта на светлината в източника не е c, а cU, т.е. честотата на излъчване поради забавяне на времето не е f 0 , а f 0 U . Той измерва тази честота, като по този начин потвърждава напречния ефект на Доплер. Каква дължина на вълната ще измери наблюдателят в покой? Напускайки източника, скоростта на светлината се увеличава до c, следователно наблюдателят в покой ще измери дължината на вълната като l 0/ U . Което отново се потвърждава в напречния ефект, по-правилно е да се каже не Доплер, а Айнщайн. За наблюдател в покой скоростта на светлината ще бъде: f 0 U l 0/ U =° С.

От това следва важен извод относно равенството на инерциалните системи. Естествено, всеки наблюдател счита себе си за покой, а опонента си за движещ се, докато не е възможно да се сравнят еднакви числени стойности на излъчваната честота. Тогава този въпрос е ясно решен. Движещ се наблюдател ще определи, че се движи, а почиващ наблюдател ще е в покой.

Скоростта на светлината и наблюдението на Де Ситер

И така, установихме, че във всяка ISO скоростта на светлината трябва да бъде своя, въпреки че числената стойност на самата скорост остава една и съща навсякъде. Отвъд ISO, скоростта на светлината се увеличава или намалява в зависимост от средата, в която влиза светлината. След като излезе извън пределите на звездата, светлината навлиза във вакуума и скоростта му става равна на c.

Астрономът Де Ситер наблюдава движението на двойните звезди и заключава, че светлината от отдалечаващата се звезда и от приближаващата звезда идват при нас едновременно. Ако едната светлина беше пред другата, тогава щяхме да наблюдаваме отклонения от законите на Кеплер. Това обстоятелство послужи на швейцарския физик В. Паули да напише в книгата си „Теорията на относителността“, че „тези данни ни позволяват почти със сигурност да считаме положението на постоянството на скоростта на светлината за правилно и да признаем теориите за изтичане на Риц и други като водещи до непреодолими трудности“.

В. Паули все пак остави шанс за други теории, като каза думата "почти". Не 100%, но почти. Риц изложи така наречената „балистична“ хипотеза. Според тази хипотеза скоростта на светлината се добавя към скоростта на източника. В същото време той трябваше да изостави уравненията на Максуел. И както С. Р. Филонович пише "Най-голямата скорост": "Теорията на Риц не беше успешна." По принцип, ако приемем звуковия модел на движението на светлината и изолацията на инерционната система, тогава във всеки IFRУравненията на Максуел остават непроменени. В кабината на самолет скоростта на звука се добавя към скоростта на самолета и ние смятаме, че това е напълно естествено явление, въпреки че когато излезе извън обшивката на самолета, скоростта му веднага намалява със стойността на скоростта на самолета. На Риц му липсваше съвсем малко за неговата теория, а именно: по това време все още нямаше сигурност относно относителността на самото време. Въпреки че относителността на времето следва от трансформациите на Лоренц, никой не го приемаше сериозно. Относителността на времето е доказана чрез експерименти много по-късно, така че Риц не е взел предвид този фактор и дори не го е разгледал. А относителността на времето следва само от относителността на скоростта на светлината. И така, в модела Ritz, ако скоростта на светлината в ISO остане непроменена, няма да има забавяне на времето. Но това на Риц може да бъде простено. Все пак неговият модел, съчетан с относителността на скоростта на светлината, работи! Но твърдението за "постоянството на скоростта на светлината" доведе цялата теория до непреодолими трудности!

Имайки предвид ефекта на Доплер и "звуковия модел" на движението на светлината, ние не намерихме никакви затруднения в обяснението на известните факти! Напротив, всички известни факти не противоречат на нашия модел и са в пълно съгласие, за разлика от Айнщайн.