"Где мы во Вселенной? Геоцентризм". Филип Стотт (Часть 2)

Feb 20, 2013 05:41

читать: начало. часть 1

Возможно, самое интересное наблюдение - это аберрация света звезд. Брэдли, британский королевский астроном, обнаружил, что звезда никогда не наблюдается в своем среднем положении. В частности, он наблюдал звезду Гамма Дракона. Его измерения, сделанные в течение года, показали, что ее действительное положение перемещалось вокруг среднего положения по крошечному эллипсу, совершая за год одно обращение. Он пришел к выводу, что это было долгожданным доказательством вращения Земли вокруг Солнца. В науке уже долгое время была принята гелиоцентричность, но до того момента не было предложено ни одного доказательства. Брэдли решил, что доказательство наконец-то найдено.

Чтобы понять, почему он принял свой "аберрантный эллипс" за доказательство гелиоцентричности, представим себе телескоп, направленный прямо на звезду. Луч света, исходящий от звезды, падает в самый центр объектива. Но Земля движется, и телескоп движется вместе с Землей. К тому времени, когда свет достигнет окуляра, телескоп уже слегка сдвинется. Не очень намного, но, поскольку скорость света не бесконечна, он чуть-чуть сдвинется. Так что, хотя свет вошел в самый центр наверху, он будет не совсем в центре внизу - свет запаздывает. Направление, в котором он запаздывает, зависит от направления, в котором движется Земля; и поскольку Земля движется по эллипсу вокруг Солнца, совершая одно обращение в год, то и звезда будет описывать на окуляре маленький эллипс.

Хотя Брэдли (и многие другие) считал это доказательством того, что Земля действительно вращается вокруг Солнца, были некоторые, кто заметил, что это не совсем так. Если бы Браге был прав и Солнце вращалось бы вокруг Земли, неся с собой все остальное (включая звезды), то тогда звезды действительно двигались бы по эллипсу вокруг Земли, совершая одно обращение в год. "Аберрантный эллипс" был бы не доказательством вращения Земли вокруг Солнца, а просто результатом действительного движения звезд.

Желанное неопровержимое доказательство гелиоцентричности казалось все так же ускользающим до тех пор, пока ученый по имени Руджер Бошкович не предложил один эксперимент. Бошкович (который на самом деле поддерживал Коперника) предложил наполнить телескоп водой. Причина этого предложения состояла в том, что скорость света в воде в полтора раза меньше, чем в воздухе. Чтобы свет достиг окуляра, требуется в полтора раза больше времени; телескоп сдвинется за это время на расстояние в полтора раза большее, и поэтому аберрантный эллипс будет в полтора раза больше. Но если Земля неподвижна и эллипс является результатом действительного движения звезд, то тогда все останется без изменений, и эллипс будет прежних размеров. Здесь, по всей видимости, была возможность раз и навсегда доказать, вращается ли Земля вокруг Солнца или нет.

Однако никто не потрудился провести такой эксперимент. Ученые были настолько уверены, что Земля вращается вокруг Солнца, и идея о неподвижности Земли представлялась им такой глупой, что они считали доказательство ненужным.

Но ученый по имени Араго5 провел эксперименты, в которых он помещал под телескоп пластинку стекла. Он обнаружил, что, если двигать пластинку, за ней увлекается луч света от звезды. Вычисления показали, что наблюдения согласуются с представлением о неподвижности Земли, но расходятся с представлением о том, что она движется. Британский королевский астроном, Джордж Бидель Эйри6, решил, что кто-то все же должен в конце концов провести эксперимент Бошковича. Он наполнил телескоп водой и начал наблюдать.

Помните, что этот эксперимент был предложен с конкретной целью - определить правильность одной из двух теорий. Если движется Земля, то эллипс должен быть в полтора раза больше, но если движутся звезды, то размер эллипса должен остаться таким же. Эйри провел этот эксперимент. Он обнаружил, что размер эллипса был в точности таким же. В соответствии с тем, с чем согласились Бошкович и его современники, Эйри всего лишь доказал, что Земля не вращается вокруг Солнца.

Но представления в науке меняются.


Хорошо известный французский ученый Френель провел эксперименты, в которых он пропускал свет через движущиеся жидкости и движущиеся прозрачные твердые тела. Он обнаружил, что свет увлекается за движущимся телом или жидкостью. Он сделал предположение, что причина этого явления состоит в том, что при движении увлекается эфир - среда, через которую распространяется свет. Френель и некоторые другие ученые провели эксперименты по измерению свойств этого эфира.

Причина, по которой был предложен эфир, состоит в том, что все известные виды волн нуждаются в среде, через которую они могут распространяться. Например, звук распространяется от уст говорящего до уха слушающего через волны давления в воздухе. Воздух - это среда, через которую распространяются звуковые волны. Тогда уже долгое время признавали, что свет имеет волновую форму. Следовательно, должна была существовать какая-то среда, через которую свет распространяется. Эта среда была названа светоносным эфиром, или, для краткости, просто эфиром.

Чтобы объяснить неудачу Эйри получить ожидаемый Бошковичем результат, была выдвинута идея Френеля о частичном увлечении эфира. Проносясь через космос, Земля частично увлекает за собой эфир. Если бы эфир двигался с нужной скоростью, тогда эллипс в телескопе Эйри мог бы получаться именно таким, какой нужен.

Данный эксперимент требует наличия эфира, а также в нем необходимо, чтобы эфир двигался со строго определенной скоростью.

Приняв это предположение с целью найти оправдание результатам единственного в своем роде эксперимента, который был разработан, чтобы доказать движение Земли, ученые не оставили себе ни одного истинного метода определить, движется ли на самом деле Земля или нет. С точки зрения механики казалось, что существует только возможность определить относительное движение, но не абсолютное.

И такая ситуация продолжалась до тех пор, пока на сцене не появился Джеймс Кларк Максвелл.

Максвелл был одним из величайших физиков прошлого столетия. Он собрал воедино все известные факты, все известные теории, все известные наблюдения по электричеству и магнетизму и вывел свои знаменитые уравнения, "уравнения Максвелла".



Максвелл объединил физику электричества и магнетизма своими знаменитыми уравнениями электромагнетизма.  Световое излучение представляет собой энергию, которая последовательно переходит из электрической волны в магнитную при взаимодействии с эфиром. Его теория предсказывала радиоволны, рентгеновские лучи, микроволновое излучение и т. д., которые вскоре были открыты и стали успешно применяться.

Рис. 52. Джеймс Кларк Максвелл.

Он показал, что движущиеся электрические заряды порождают магнитные поля и что свет - это электромагнитное явление, которое имеет основную постоянную скорость движения сквозь эфир (эфир был фундаментальным аспектом его теории).

Это пролило совершенно новый свет на ситуацию. Как указал профессор Герберт Дингл, "в электромагнетизме все было совершенно по-другому. Электрический заряд в покое был окружен только электрическим полем, но электрический заряд в движении был равноценен электрическому току и был окружен еще и магнитным полем"7. Таким образом, здесь имелся способ определить абсолютный покой и абсолютное движение. Все, что нужно, - это рассмотреть электрический заряд. Если он не связан с магнитным полем, тогда заряд должен находиться в покое; если магнитное поле есть, то сила магнитного поля пропорциональна абсолютной скорости. Результаты Максвелла относительно постоянства скорости света сквозь эфир означали, что свет также можно использовать для определения абсолютного движения.

Альберт Абрахам Майкельсон, знаменитый ученый, который большую часть своей профессиональной деятельности посвятил измерению скорости света, совместно с Эдвардом Уильямсом Морли разработал и создал прибор ("интерферометр") для измерения абсолютного движения Земли сквозь космическое пространство.



Майкельсон был одним из выдающихся физиков конца XIX и начала XX столетия. Вместе с Морли он создал прибор, известный под названием "интерферометр Майкельсона и Морли", для измерения скорости движения Земли сквозь космическое пространство. Их измерения указывали на то, что Земля не вращается вокруг Солнца.

Рис. 53. Альберт Абрахам Майкельсон.

Описание этого эксперимента, а также "интерференционных полос" и "сдвига интерференционных полос", используемых в данном методе, можно найти в большинстве общих учебников по физике.

Явление, называемое интерференцией, образует чередующиеся светлые и темные полосы, называемые "интерференционными полосами".



Рис. 54. Интерферометр Майкельсона и Морли. Если Земля движется сквозь эфир, то лучу света для прохождения вперед и назад по плечу прибора, указывающему на направление движения, должно потребоваться немного больше времени, чем лучу света, посылаемому в плечо, перпендикулярное движению. Но как бы они ни поворачивали прибор, значительной разницы не было.



Рис. 55. Сдвиг интерференционных полос. Интервал интерференционных полос зависит от скорости, с которой свет попадает в прибор. Уменьшение скорости привело бы к увеличению интервала. Майкельсон и Морли ожидали обнаружить направление движения Земли по направлению наибольшего сдвига интерференционных полос и абсолютную скорость этого движения - по величине сдвига.

Интервал интерференционных полос зависит от скорости, с которой свет попадает в прибор. Изменение этой скорости ведет к изменению интервала, что называется "сдвигом интерференционных полос".

Майкельсон и Морли8 намеревались поворачивать свой прибор до тех пор, пока не получат максимального сдвига интерференционных полос, производимого лучом света, идущего в двух перпендикулярных друг другу направлениях. Положение максимального сдвига интерференционных полос указало бы направление, в котором движется Земля, а величина сдвига была бы мерилом скорости движения Земли сквозь эфир.

Но они обнаружили, что, как бы они ни поворачивали свой прибор, значительного сдвига интерференционных полос не было. Это стало еще одним подтверждением того, что Земля неподвижна.

Однако они рассудили, что движение Солнца вокруг центра галактики, должно быть, в точности компенсировало движение Земли вокруг Солнца, так что всего лишь в тот момент Земля

оказалась неподвижной. Нужно было только повторить эксперимент спустя шесть месяцев, когда Земля двигалась бы в противоположном направлении, по "другой стороне" своей орбиты вокруг Солнца, и движение Солнца уже не сводило бы на нет движение Земли.

Итак, шесть месяцев спустя они повторили эксперимент, но все равно значительного сдвига интерференционных полос не было. Земля все равно была неподвижна! Они повторяли эксперимент во все времена года. Они повторяли его в любое время дня и ночи. Они повторяли его в Берлине, в Чикаго, на вершинах гор, но сдвига интерференционных полос не наблюдалось нигде. Другими словами, Земля была неподвижна.

Интересно отметить, что по этому поводу говорили разные ученые.

Адольф Бейкер сказал: "Таким образом, невозможность наблюдать разную скорость света в разное время года означает, что Земля должна находиться в покое... поэтому она была "предпочитаемой" системой координат для измерения абсолютного движения в космосе"9.

Бернард Джаффэ отметил: "Данные были почти невероятны. Вывод можно было сделать только один, а именно, что Земля находится в покое. Это, безусловно, было абсурдно"10.

Но мы можем спросить: а почему "абсурдно"? Разве кто-нибудь когда-либо доказал на самом деле, что Земля движется?

Джианколи сказал следующее: "Но это подразумевает, что Земля так или иначе является предпочитаемым объектом; только относительно Земли скорость света была бы равна с, как это предсказано уравнениями Максвелла. Это равносильно предположению о том, что Земля - центральное тело Вселенной"11.

Это, безусловно, неприемлемо для всякого, кто решил, что Земля является заурядной второсортной планетой, несущейся в каком-то незначительном уголке Вселенной. Чтобы спасти теорию от фактов, требовался еще один ad hoc.

Человеком, предложившим суть идеи для требуемого ad hoc, был ирландский физик по имени Джордж Фрэнсис Фицджеральд. Его предложение было развито до идеи, что если бы прибор Майкельсона и Морли сжимался в направлении движения Земли, то при условии, что сжатие происходило точно на нужную величину, не наблюдалось бы никакого сдвига интерференционных полос. Такое сжатие должно происходить с любым движущимся телом. Это означает, что если ведешь автомобиль (или космический корабль) с большой скоростью, то он становится немного короче, чем был в состоянии покоя. Интересная идея. Чтобы принять такую идею как научную, требуется, безусловно, произвести измерения и проверить, так ли это. Наш отважный автомобилист (или космонавт) берет с собой линейку и измеряет свое средство передвижения, чтобы проверить, действительно ли оно стало короче. К сожалению, линейка должна укоротиться как раз настолько, что измерения оказываются идентичны тем, которые были сделаны в покое.

Измерения говорят, что автомобиль (или космический корабль) не становится короче. Тогда откуда мы знаем, что он на самом деле становится короче?

Совершенно очевидно, что он должен стать короче.

Иначе эксперимент Майкельсона и Морли доказывает, что Земля неподвижна.

читатель: окончание. часть 3

геоцентризм

Previous post Next post
Up