опыт Майкельсона – Морли

[Rishi]

Uh

Цитата:

я за такую науку, которая бы не только ультимативно отвечала на вопрос как происходит то или иное явление (типичным примером является необходимость перенормировок в квантовой физике), но и отвечала на вопрос почему это происходит

Абсолютно с Вами согласен, именно поэтому ТО и не является подходящей научной парадигмой. Она не объясняет почему тела сокращаются в направлении своего движения и как взаимодействующие тела "узнают" о происшедшем сокращении других тел на расстоянии. Откинув ТО мы опять возвращаемся к классической физике и пытаемся понять, что же привело к кризису этой научной парадигмы, чтобы провести работу над ошибками и исправить дело.
Из истории известно что Майкельсон хотел обнаружить движение относительно неподвижного эфира. Однако вместо рассмотрения вопроса о фазах стал вдруг вместе с Лоренцем рассматривать движение фронта световой волны, хотя это движение в данном опыте непосредственно не прослеживается.
Фаза же сигнала S=S0*Cos(w(t-x/c)) зависит как от времени движения так и от расстояния
если скорость интерферометра увеличится при движении источника вслед за приемником, то свет пройдет в эфире больший путь x+Δx но и затратит больше времени t+Δt
тогда S=S0*Cos(w((t+Δt)-(x+Δx)/c)) = S0*Cos(w(t-x/c+A))
где A=(Δt - Δx/c), но Δt - возникла как раз из-за того, что свет прошел дополнительный путь Δx
со скоростью с, поэтому A=0
Следовательно при любой скорости движения интерферометр этого движения не заметит, поэтому опыт Майкельсона нельзя признать свидетельством против существования неподвижного эфира.
В современной физике полно ненаблюдаемых сущностей типа кварков, глюонов и это почему-то никого не смущает. Эфир же существует например хотя бы потому что мы наблюдаем волны состояния этого самого эфира - ЭМ волны
Ну пожалуйста уберем эфир, так тогда все-равно нам придется постулировать существование некой особой формы материи - ЭМ поля, то есть одну сущность заменить на другую. Так что хрен редьки не слаще. Надо просто стараться минимизировать количество ненаблюдаемых сущностей. И в этом смысле эфир - не самый плохой выбор.

Добавлено спустя 13 минут 29 секунд:

Someone

Цитата:

Вы, например, игнорируете тот факт, что продольных электрических волн в вакууме не обнаружено.

Сообщите пожалуйста эксперимент в котором пытались обнаружить продольные волны и получили отрицательный результат.

Что касается конденсатора, то не то что в школьных, но и в вузовских учебниках никакого вразумительного объяснения нет.
В условиях симметрии в центре конденсатора с вакуумом rotB=0, поэтому ЭМ волны внутри конденсатора не распространяются, однако ж интересно как тогда ток смещения возникает в полной кромешной пустоте ?

[Someone]

Rishi писал(а):

именно поэтому ТО и не является подходящей научной парадигмой. Она не объясняет почему тела сокращаются в направлении своего движения

А с чего Вы взяли, что они сокращаются? Вы можете догнать движущееся тело, приложить к нему линейку и убедиться, что тело нисколько не сократилось. Так что и объяснять-то нечего. Или Вы говорите об измерении, которое неподвижный наблюдатель производит издали? Ну, это такой кинематический эффект, наподобие проектирования отрезка на прямую, расположенную под углом к нему. Там тоже проекция оказывается короче отрезка, но это почему-то никого не возмущает, и никто не требует специальных объяснений по этому поводу.

Rishi писал(а):

Ну пожалуйста уберем эфир, так тогда все-равно нам придется постулировать существование некой особой формы материи - ЭМ поля, то есть одну сущность заменить на другую. Так что хрен редьки не слаще. Надо просто стараться минимизировать количество ненаблюдаемых сущностей. И в этом смысле эфир - не самый плохой выбор.

А почему Вы думаете, что замена электромагнитного поля на эфир уменьшит количество ненаблюдаемых сущностей? Электромагнитное поле наблюдается по производимым им эффектам. Эфир же по производимым им эффектам никак не наблюдается.

Rishi писал(а):

Из истории известно что Майкельсон хотел обнаружить движение относительно неподвижного эфира. Однако вместо рассмотрения вопроса о фазах стал вдруг вместе с Лоренцем рассматривать движение фронта световой волны, хотя это движение в данном опыте непосредственно не прослеживается.

Ну надо же, придурки какие! И за что мы их великими учёными считаем?

Rishi писал(а):

Сообщите пожалуйста эксперимент в котором пытались обнаружить продольные волны и получили отрицательный результат.

Сообщите, пожалуйста, об эксперименте, в котором пытались обнаружить продольные электрические волны в вакууме и получили положительный результат.

В основе электродинамики Максвелла лежит тьма опытов. Поскольку я в этой области не специалист, мне, вроде бы, ни к чему в этих опытах копаться. Вообще, продольные электрические волны в средах не являются чем-то удивительным, поэтому у меня нет оснований считать, что, зная о продольных электрических волнах в плазме, никто не поинтересовался таковыми в вакууме.

Rishi писал(а):

Что касается конденсатора, то не то что в школьных, но и в вузовских учебниках никакого вразумительного объяснения нет.

Объяснение "на пальцах" там есть, а детальный расчёт полей в конденсаторе с переменным током при физически реалистичных условиях - задача отнюдь не учебная, и искать его (расчёт) нужно не в учебниках.

Ну Вы уж выкладывайте свои уравнения-то, а то Максвелла ругаете, а взамен ничего не предлагаете.

Rishi писал(а):

В условиях симметрии в центре конденсатора с вакуумом rotB=0

Какой симметрии? Вот, например, магнитное поле $\vec H=\frac 12\left(-y\vec\imath+x\vec\jmath\right)$. Оно симметрично относительно вращений вокруг оси $Oz$. Легко проверить, что $\mathrm{rot}\vec H=\vec k$. Никаким нулём здесь и не пахнет. Так что Вы не правы.

Rishi писал(а):

поэтому ЭМ волны внутри конденсатора не распространяются

Вообще говоря, о волнах (излучении) обычно говорят вдали от излучающей системы, а внутри системы и вблизи от неё имеются просто переменные электромагнитные поля, которые не удаётся вразумительно разделить на волны (излучение) и "не волны".

[peregoudov]

Цитата:

Zai
А нельзя ли только для продольного луча обсудить и выписать уравнения и граничные условия хотя бы для классического случая?

Не понял, сформулируйте поподробнее (что есть "продольный луч"?). Что касается цитированных Вами моих слов, то я уже сделал к ним некоторую поправку в посте от Вт Окт 16, 2007 22:28:51. Для анализа через уравнения Максвелла все-таки нужно предположить, как меняются поля при смене ИСО. Или как выглядят граничные условия для движущегося зеркала.

[Zai]

peregoudov писал(а):

Не понял, сформулируйте поподробнее (что есть "продольный луч"?).

Мне хотелось бы отметить, что только Вы после значительного и почти всеобъемлющего обсуждения темы предложили записать уравнения. "Продольный луч" - это луч от источника в направлении зеркала $ E$ в отсутствии объекта А и отсутствии скорости $ V_y$ при ненулевой скорости среды $ V_x$ (Ссылка опять заработала и эти обозначения из рис. 1). Было бы замечательно посмотреть уравнения распространения плоской ЭМ волны и одно граничное условие на подвижном зеркале $ E$. Что за волновое уравнение будет в этом случае?

С уважением, Zai

[peregoudov]

2 Zai
Я могу рассмотреть задачу только с точки зрения СТО. Поскольку уравнения
Максвелла инвариантны относительно преобразований Лоренца, то они выглядят
совершенно одинаково, что в системе отсчета "эфира", что в системе отсчета
"интерферометра". В дальнейшем я буду величины в системе отсчета эфира снабжать
штрихами, величины в системе интерферометра будут без штрихов. Геометрию Вы
описали в своем посте, я дополнительно введу ось $z$, так чтобы все три оси
составляли правую тройку (ось $z$ будет направлена на нас). Для упрощения формул
я буду использовать систему единиц $c=1$.

Как я уже писал ранее, нужно определиться с поляризацией. Рассмотрим волны
в направлении оси $x$, в которых отличны от нуля только $E_z$ и $H_y$.
Из уравнений Максвелла находим

$$ \frac{\partial E_z}{\partial x}=\frac{\partial H_y}{\partial t},\quad \frac{\partial H_y}{\partial x}=\frac{\partial E_z}{\partial t}. $$

Граничное условие на зеркале (путь оно находится в плоскости $x=0$)
в системе интерферометра выглядит просто: $E_z|_{x=0}=0$. Решение уравнений
Максвелла с таким граничным условием имеет вид

$$ E_z=e^{-i\omega t}(e^{i\omega x}-e^{-i\omega x}),\quad H_y=-e^{-i\omega t}(e^{i\omega x}+e^{-i\omega x}). $$

Здесь $\omega$ --- произвольная частота волны, амплитуду падающей волны
я нормировал на единицу. Используется комплексная запись, каждый сам возьмет
вещественную или мнимую часть (по своему желанию).

Чтобы выяснить, как выглядит картина с точки зрения системы отсчета эфира,
нужно сделать преобразования Лоренца. При этом преобразуются как координаты

$$ x=\frac{x'-vt'}{\sqrt{1-v^2}},\quad t=\frac{t'-vx'}{\sqrt{1-v^2}}, $$

так и компоненты полей

$$ E_z'=\frac{E_z-vH_y}{\sqrt{1-v^2}},\quad H_y'=\frac{H_y-vE_z}{\sqrt{1-v^2}}. $$

Обратное преобразование для электрического поля имеет вид

$$ E_z=\frac{E_z'+vH_y'}{\sqrt{1-v^2}}, $$

так что сразу ясно, что граничное условие $E_z|_{x=0}=0$ в системе отсчета
интерферометра переходит в граничное условие $[E_z'+vH_y']_{x'-vt'=0}=0$
в системе отсчета эфира. Уравнения Максвелла, как я уже сказал, выглядят
одинаково во всех ИСО.

Вычисляя поля в системе отсчета эфира, находим

$$ \begin{array}{l} \displaystyle E_z'=e^{-i\omega_+(t'-x')}\sqrt{\frac{1+v}{1-v}}- e^{-i\omega_-(t'+x')}\sqrt{\frac{1-v}{1+v}},\\ \noalign{\vskip3pt} \displaystyle H_y'=-e^{-i\omega_+(t'-x')}\sqrt{\frac{1+v}{1-v}}- e^{-i\omega_-(t'+x')}\sqrt{\frac{1-v}{1+v}}, \end{array} $$

где

$$\omega_\pm=\sqrt{\frac{1\pm v}{1\mp v}}$$

. Значения полей на зеркале
равны

$$ E_z'|_{x'-vt'=0}=e^{-i\omega\sqrt{1-v^2}}\frac{2v}{\sqrt{1-v^2}},\quad H_y'|_{x'-vt'=0}=-e^{-i\omega\sqrt{1-v^2}}\frac{2}{\sqrt{1-v^2}}. $$

Как рассчитать картину с точки зрения "эфирной теории", я не знаю.
Вряд ли мы сможем добиться у эфиристов внятного ответа на вопрос, как выглядят
уравнения Максвелла в системе отсчета, движущейся относительно эфира, и как
преобразуются поля. Те "аргументы", что мне приходилось слышать до сих пор,
сводятся либо к пустому философствованию, либо (как в случае с Новодережкиным)
к рассуждениям на школьном уровне с очевидными ошибками.

[Rishi]

Someone

Цитата:

Так что и объяснять-то нечего. Или Вы говорите об измерении, которое неподвижный наблюдатель производит издали?

Складывается ощущение что все-таки Вы учебники не читаете, никакого "издали":
два релятивиста должны одновременно засечь положение начала и конца движущегося стержня.

Цитата:

А почему Вы думаете, что замена электромагнитного поля на эфир уменьшит количество ненаблюдаемых сущностей? Электромагнитное поле наблюдается по производимым им эффектам. Эфир же по производимым им эффектам никак не наблюдается.

Эфир как раз и наблюдается опосредовано через свои волны. ЭМ волны - это волны эфира. Тут как видим все в одном флаконе - и материальная промежуточная среда и наблюдаемые ее волны. А во если Вы берете ЭМ поле как особую форму материи, то надо бы еще не забыть определить, что такое физвакуум если не промежуточная опять же материальная среда.

Цитата:

Ну надо же, придурки какие! И за что мы их великими учёными считаем?

Если Вы с этим не согласны так обоснуйте почему в опыте Майкельсона вместо формулы для фазы надо рассматривать движение волнового фронта, которое никто в реальном эксперименте не наблюдает.

Про отсутсвие ЭМ волн в условиях симметрии токов например у Фейнмана есть. Там рассматривается сфера, если Вы при этом снаружи добавите еще одну сферу, то получите сферический конденсатор. В центре плоского конденсатора похожая ситуация.
Возьмите листок бумаги натыкайте в него вертикально много карандашей. Нарисуйте вокруг них вихри на бумаге, надеюсь теперь Вы заметили что соседние вихри встречно направлены и друг друга компенсируют? Да, с самого края вихри частично не скомпенсированы - это краевой эффект. Мы не рассматриваем его ввиду его малости. Поэтому при изменении E в центре конденсатора вихря B не образуется.
То что в ближней зоне волна еще не сформировалась ничего не меняет, называйте это хоть излучением. Для того чтобы волна начала формироваться нужно одновременное изменение E и B (естественно только по теории Максвелла), чего в конденсаторе с вакуумом не происходит.

[Someone]

Rishi писал(а):

Someone

Цитата:

Так что и объяснять-то нечего. Или Вы говорите об измерении, которое неподвижный наблюдатель производит издали?

Складывается ощущение что все-таки Вы учебники не читаете, никакого "издали":

Именно издали: линейку к телу, движущемуся со скоростью 100000 км/с, приложить нельзя, поэтому приходится придумывать специальную процедуру измерения, не прикасаясь к самому телу.

Rishi писал(а):

два релятивиста должны одновременно засечь положение начала и конца движущегося стержня.

Ключевое слово здесь - одновременно. Это "одновременно" имеет разный смысл в системе отсчёта неподвижного наблюдателя и в системе отсчёта движущегося тела. Из-за этого и получаются разные результаты измерения.

Rishi писал(а):

Цитата:

А почему Вы думаете, что замена электромагнитного поля на эфир уменьшит количество ненаблюдаемых сущностей? Электромагнитное поле наблюдается по производимым им эффектам. Эфир же по производимым им эффектам никак не наблюдается.

Эфир как раз и наблюдается опосредовано через свои волны. ЭМ волны - это волны эфира.

Вот именно. Опосредованно.

Rishi писал(а):

А во если Вы берете ЭМ поле как особую форму материи, то надо бы еще не забыть определить, что такое физвакуум если не промежуточная опять же материальная среда.

Я когда-нибудь был против? Если поищете по форуму, найдёте несколько случаев, когда я предлагал считать вакуум эфиром. И физические свойства у него нетривиальные. Но почему-то никто из эфиристов в восторг от этого не пришёл.

Я вообще не понимаю, из-за чего сыр-бор. Чем СТО так мешает эфиристам? Не запрещает она эфир; нужен он Вам - пользуйтесь на здоровье. Глупостей только не придумывайте.

Rishi писал(а):

Про отсутсвие ЭМ волн в условиях симметрии токов например у Фейнмана есть.

В условиях какой именно симметрии? Это существенно.

Rishi писал(а):

Там рассматривается сфера, если Вы при этом снаружи добавите еще одну сферу, то получите сферический конденсатор.

Электромагнитных волн со сферической симметрией не существует. Вообще нестатического электромагнитного поля со сферической симметрией нет. Это Фейнман и показывает. Кстати, я не нашёл, где именно. Не подскажете?

Rishi писал(а):

В центре плоского конденсатора похожая ситуация.

Нет. Ситуация совсем не похожая. Нестатическое электромагнитное поле с цилиндрической симметрией существует: поля (в декартовых координатах) $\vec E=t\vec k$, $\vec H=\frac{\varepsilon_0}{2c}(-y\vec\imath+x\vec\jmath)$ удовлетворяют уравнениям Максвелла в вакууме ($\mathrm{rot}\vec H=\frac{\varepsilon_0}c\frac{\partial\vec E}{\partial t}$, $\mathrm{rot}\vec E=-\frac{\mu_0}c\frac{\partial\vec H}{\partial t}$, $\mathrm{div}\vec E=0$, $\mathrm{div}\vec H=0$). Если заряды на обкладках круглого плоского конденсатора линейно возрастают со временем, то внутри конденсатора вдали от краёв поля будут именно такие. А заряды могут возрастать за счёт постоянного электрического тока, текущего по бесконечному цилиндрическому проводнику (кстати, внутри такого цилиндического проводника с однородным постоянным током магнитное поле точно такое же).

Rishi писал(а):

Возьмите листок бумаги натыкайте в него вертикально много карандашей. Нарисуйте вокруг них вихри на бумаге, надеюсь теперь Вы заметили что соседние вихри встречно направлены и друг друга компенсируют?

Не заметил. Вон в предыдущем абзаце я прямо указываю, какие поля получаются в этом конденсаторе. В центре круглого плоского конденсатора магнитное поле действительно равно $\vec 0$, но нам ведь не $\vec H$ требуется, а $\mathrm{rot}\vec H$. Ротор-то не обязан равняться $\vec 0$ (и благополучно не равен $\vec 0$).

Rishi писал(а):

Если Вы с этим не согласны так обоснуйте почему в опыте Майкельсона вместо формулы для фазы надо рассматривать движение волнового фронта, которое никто в реальном эксперименте не наблюдает.

Никогда не интересовался анализом этого эксперимента. Но, может быть, потому, что в вакууме в монохроматической волне и фаза, и фронт движутся с одной и той же скоростью $c$?

Я уже один раз просил Вас дать пояснения по решению Вашей задачи.

Rishi писал(а):

Пусть служащий патентного бюро подъезжает на поезде к длинной платформе. На дальнем конце платформы горит фонарь, который высвечивает номер вагона, который в текущий момент находится около этого фонаря. Длина платформы L0, вагоны нумеруются начиная с того, где сидит служащий.
В тот момент, когда вагон служащего патентного бюро поравняется с ближним краем платформы, служащий увидит, что фонарь высветил на его поезде номер вагона L=L0/(1-v0/c), так как скорость света конечна. L - это иллюзия, искаженная информация о длине платформы, так как ее истинная длина равна L0.
v0 - истинная скорость относительного движения.

Объясните, пожалуйста, как Вы получили выражение $L=\frac{L_0}{1-\frac{v_0}c}$. У меня и в классической механике, и в СТО получаются другие формулы. Кстати, $L$ - это собственная длина поезда от наблюдателя до освещённой точки поезда.

[Uh]

Кое-кто из участников дискуссии заявляет о совместимости СТО и мирового светоносного эфира, что противоречит исходным положениям этих теорий. Существование эфира предполагает постоянство скорости света относительно единственной системы отсчета, неподвижной относительно светоносного эфира, в то время как для выполнения специального принципа относительности СТО необходимо, чтобы скорость света была одинакова и постоянна в любых инерциальных системах отчета, в том числе, движущихся относительно друг друга. Подобные заявления граничат с безграмотностью.

[kirovs]

Uh писал(а):

Кое-кто из участников дискуссии заявляет о совместимости СТО и мирового светоносного эфира, что противоречит исходным положениям этих теорий. Существование эфира предполагает постоянство скорости света относительно единственной системы отсчета, неподвижной относительно светоносного эфира, в то время как для выполнения специального принципа относительности СТО необходимо, чтобы скорость света была одинакова и постоянна в любых инерциальных системах отчета, в том числе, движущихся относительно друг друга. Подобные заявления граничат с безграмотностью.

Вообще говоря, интересный мысленны эксперемен. Разгоним ИСО до скорости, близкой к $c$. Что произойдёт? ИСО превращается в явное НСО. Будет ли распространяться свет внутри этой НСО? Сомневаюсь.

[photon]

kirovs писал(а):

ИСО превращается в явное НСО

Это с чего бы вдруг?

[kirovs]

photon писал(а):

kirovs писал(а):

ИСО превращается в явное НСО

Это с чего бы вдруг?

У Вас есть возражения?

[photon]

Я почему-то считал, что ИСО$\neq$НСО, а тут на тебе: "в военных условиях значение синуса может достигать четырех"

[kirovs]

photon писал(а):

Я почему-то считал, что ИСО$\neq$НСО, а тут на тебе: "в военных условиях значение синуса может достигать четырех"

Вообще-то ИСО всегда $=$ НСО.
А к чему это Вы о синусах, да ещё и в ковычках?

[photon]

Инерциальная = неинерциальная? Однако... А зачем тогда было лишние слова придумывать?

[Someone]

Uh писал(а):

Кое-кто из участников дискуссии заявляет о совместимости СТО и мирового светоносного эфира, что противоречит исходным положениям этих теорий.

Каких именно теорий?
Что касается СТО, то она ведь не предопределяет природу света: то ли это волны в среде, то ли он сам по себе. Если электромагнитные поля - это "волны" в эфире, то будет релятивистская теория эфира. Поскольку уравнения электромагнитного поля инвариантны относительно преобразований Лоренца, эфир, видимо, тоже должен быть инвариантен относительно преобразований Лоренца. Тогда движение относительно эфира будет необнаружимым.
Что касается теорий эфира, то их ведь много всяких. Есть и такие, которые вполне совместимы с СТО.
Например, автор темы "Эфирный подход к СТО" выводит СТО из некоей теории эфира. Он, правда, делает это достаточно безграмотно, но, если бы было желание, можно было бы его изложение сделать вполне аккуратным. А Ilja выводит из теории эфира и ОТО.