В СВЕТОВОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ ЗАКОНА ALICE

ПОЧЕМУ СВЕТ БУДЕТ МЕНЯТЬ НАПРАВЛЕНИЕ?

Han Erim

3 ноября 2010

ВВЕДЕНИЕ

Скорость и поведение света, движущегося к движущейся цели, до сегодняшнего дня никогда не измерялись и не исследовались в лабораторных условиях. Световой эксперимент Закона Alice — это установка, которая позволяет нам сделать это. Эксперимент основан на многократных отражениях света между двумя параллельными вращающимися зеркалами и проецировании его на цель. В зависимости от скорости вращения зеркал изменяется точка, в которую приходит свет.

В этой статье я объясню, почему свет изменит своё направление. В дальнейшем вы увидите и большой сюрприз. Насколько важна эта тема — судить вам.

Чтобы рассуждать проще, используем следующую схему. Мы несколько раз отражаем свет между двумя параллельными зеркалами. Источник света закреплён на устройстве, и мы можем перемещать всю систему вправо и влево.

Если рассматривать событие в системе отсчёта устройства, мы сразу замечаем следующее: движение устройства никоим образом не изменяет путь света между зеркалами. Это естественный результат, поскольку физические законы не меняются в системах, движущихся равномерно и прямолинейно.

Этого уже достаточно, чтобы понять, почему свет изменит направление в световом эксперименте Закона Alice. Чем дольше мы удерживаем свет между зеркалами, тем дальше можно сместить точку его прибытия. Поэтому очевидно, что в эксперименте Закона Alice свет действительно изменит направление.

Однако здесь есть очень важная деталь. Возникает вопрос: Откуда свет "знает", что зеркала движутся?

Если рассматривать событие в системе отсчёта земли, становится очевидно, что свет ведёт себя согласно системе отсчёта устройства.

Классическая механика отвечает так: В зависимости от скорости движения устройства свет переносит дополнительный импульс в направлении движения, помимо своего нормального направления распространения. Источник света закреплён на устройстве, поэтому свет получает этот импульс, и его путь между зеркалами остаётся стабильным.

При этом неважно, прикреплён ли источник света к устройству. На первом же отражении от зеркала свет получает этот импульс.

Как видим, обсуждать, изменит ли свет направление в эксперименте Закона Alice, бессмысленно — свет обязательно изменит направление.

Но важно не упустить один ключевой момент: Свет не несёт импульса.

Теперь вы увидите, насколько интересным и важным становится вопрос.

Может ли свет переносить импульс?

Рассмотрим два тела в пространстве, A и B, движущиеся относительно друг друга. На B есть источник света (фонарь), направленный перпендикулярно оси X.

Предположим, что мы находимся на теле A.

Вопрос: Можем ли мы знать скорость A?
Ответ: Нет. Мы можем знать только скорость относительно B.

Вопрос: Можем ли мы считать систему отсчёта A неподвижной?
Ответ: Да. Мы даже не знаем, движемся ли мы. Мы можем считать A неподвижным, а B — движущимся.

Вопрос: Где должен включиться фонарь, чтобы свет достиг A?

На этот вопрос есть два ответа:

1) Если свет несёт импульс, фонарь должен включиться до того, как B достигнет X=0 (по мнению A), а свет должен двигаться по синей оси Y. (Это точка зрения классической механики.)

2) Если свет не несёт импульса, фонарь должен включиться точно в точке X=0, а свет должен двигаться по красной оси Y в системе A. (Это точка зрения Закона Alice. В физике Эйнштейна нет прямого ответа.)

Как видим, есть две возможности. Странно то, что до сих пор не было однозначно установлено, какой вариант верен.

Как определить, несёт ли свет импульс?

Ответим на вопрос, используя ту же модель. Теперь системой отсчёта считаем B и принимаем его неподвижным. Тогда A движется относительно B.

Смена системы отсчёта не меняет сути. Поэтому возможности остаются прежними:

1) Если свет несёт импульс, фонарь должен включиться до того, как A достигнет X=0, и свет должен идти по синей оси Y системы B.

2) Если свет не несёт импульса, фонарь должен включиться в точке X=0, и свет должен идти по красной оси Y системы A.

Этот анализ даёт вывод: В системе B свет идёт по прямой, если он несёт импульс, и меняет направление, если не несёт. (Рисунок 9)

Теперь можно обсуждать, как экспериментально определить разницу.

Как экспериментально определить, несёт ли свет импульс?

В центре квадратной платформы размещаем вращающийся диск. Так как в эксперименте не используется отражение, зеркало не нужно. Наша цель — сфотографировать свет, падающий на платформу.

Применим ту же логику: B — источник света, A — вращающийся диск. (Рисунок 10)

Во время вращения диска на всю платформу направляется тонкий луч света с далёкой точки, и делается снимок. Это и есть Световой эксперимент Закона Alice.

1) Если свет несёт импульс, на снимке световая линия на платформе не будет искажена. И внешний квадрат, и внутренний диск дадут прямые, совпадающие линии. (Рисунок 11)

2) Если свет не несёт импульса, световая линия на диске сместится по направлению вращения. (Рисунок 12)

Вывод и обсуждение

Связь этого эксперимента с Законом Alice я здесь не обсуждал, поскольку сейчас в этом нет необходимости. Вне споров вроде «Закон Alice утверждает одно, физика Эйнштейна — другое», ясно, что эксперимент достаточно фундаментален, чтобы переопределить общую физическую теорию.

Хочу подчеркнуть, что этот эксперимент даст результаты в пользу Закона Alice.

И последний вопрос:

Кто проведёт этот эксперимент?

Han Erim

Чтобы вы могли подробно изучить детали, я подготовил следующую анимацию. Исходный код можно скачать здесь.