т.5 No 2

27

К вопросу об аберрации света

Говоря о возможности неинтерферометрического измерения скорости абсолютного движения наблюдателя без существенных маскирующих эффектов, которыми отличаются интерферометрические методы, дополнительно рассмотрим следующую концептуальную экспериментальную методику, не связанную, правда, напрямую с эффектом аберрации. В основу данной методики положено измерение фаз излучений двух частот, излучаемых общим излучателем ВЧ-диапазона, проходящих одновременно общее расстояние между излучателем 3 и приемником 4. Для реализации данной методики необходимо установить излучатель и приемник на некоторое жесткое основание, способное проворачиваться вокруг собственной оси на 360^o , как показано на рис. 11.

Рис. 11. Схема реализации методики измерения разности фаз: 1 - генератор, 2 - приемник, 3 - антенна излучателя, 4 - антенна приемника

Для математического описания методики предположим, что излучатель одновременно излучает две строго монохроматических ЭМ волны в направлении приемника. Е-компоненты этих волн можно записать в виде

Эти волны _{1 2}    одновременно фиксируются приемником, селектируются и подаются на два входа двухлучевого осциллографа или на х- и у-пластины однолучевого осциллографа, в зависимости от методики фиксации разности фаз.

Из (72) мы видим, что текущее время t для обоих лучей при фиксации общее. Частоты  ₁ и ₂ тоже остаются неизменными с точки зрения обоих формализмов, поскольку источник и приемник неподвижны относительно друг друга. Фазу принимаемого сигнала фактически определяют члены

Таким образом,

Дальнейшее изложение методики удобно вести с учётом конкретных особенностей классического и релятивистского формализма.

Рис. 12. Схема расчёта запаздывания ЭМ волны, распространяющейся вдоль движущегося измерительного стрежня с точки зрения классического формализма

С точки зрения классического формализма, расчет может быть сделан на основе построения на рис. 12. Из построения

где t - время, необходимое для прохождения луча от источника к приемнику, откуда

При малых скоростях системы отсчета мы можем приближенно записать (76) в виде

Учитывая, что с точки зрения классического формализма скорость распространения ЭМ волн постоянна относительно эфира, мы можем записать

или

Умножая правую и левую части (79) соответственно на  ₁ и  ₂ , получим

и из (80) получаем

Из (81) мы видим, что искомый эффект смещения взаимной фазы приема двух сигналов зависит от первой степени отношения v/c и может быть отрегулирован путем изменения разности частот, принимаемых приемником, и в меньшей мере размером основания, на котором закрепляются излучатель и приемник.

Чтобы математически записать эффект, ожидаемый с точки зрения релятивистского формализма, мы можем воспользоваться выводами базовой релятивистской теории, утверждающей, что скорость света в сопутствующей системе отсчета строго постоянна и наблюдатель не способен самостоятельно измерить различие между продольным и поперечным размерами. При этом подходе никаких изменений при провороте вышеописанной установки наблюдаться не будет.

Таким образом, представленная методика позволяет выявить и экспериментально исследовать влияние движения системы отсчета по отношению к эфиру. С точки зрения классического формализма разность фаз должна изменяться с поворотом прибора, описывая некоторую кардиоиду, как показано на рис. 13. Причем данное изменение фазы является эффектом первого порядка отношения v/c , что по мнению релятивистов в подобных экспериментах не осуществимо.

Рис. 13. Изменение разности фаз принимаемого двухчастотного сигнала в зависимости от угла поворота установки к эфирному ветру согласно классическому формализму

К достоинствам предложенной методики можно отнести и ту особенность, что на появление эффекта не влияют погрешности настройки системы. Главным в этой методике является только одно условие: ЭМ волны обеих частот должны излучаться и приниматься одним источником и приемником, не имеющим фокусирующих устройств и экранов. Дополнительным условием, естественным для данного типа экспериментов, является постоянство температуры вдоль пути распространения луча. Очевидно, что оба условия осуществимы.

По сравнению с модифицированным опытом Эйри, методика двухчастотного излучения/приёма имеет то преимущество, что скорость и направление эфирного ветра измеряются непосредственно в ходе эксперимента и в расчётных выражениях (81), а не путём серий измерений, как в методе на основе двойного квадранта. Вместе с тем, методика двухчастотного излучения/приёма требует значительно более точной аппаратуры для измерения малых разностей фаз.

В целом, на основе рассмотренных методик мы видим, что интерферометрическая методика обнаружения эфирного ветра, которой в различных вариантах до настоящего времени пользовались исследователи, является далеко не единственной и не самой оптимальной. Значительно более предпочтительным для данных целей является модифицированный опыт Эйри, который легко освобождается от маскирующих эффектов и даёт более точные результаты измерения расчётных параметров. Эксперимент на основе двухчастотного излучения/приёма ЭМ волны тоже выгоднее интерферометрических методов, хотя требует очень точной методики сравнения малой разности фаз принимаемых сигналов. Выгодность его заключена в том, что в методике его проведения тоже отсутствуют маскирующие эффекты, а следовательно, он способен ответить, как и эксперимент Эйри, на стоящий перед учёными вопрос о существовании эфирного ветра и возможности его надёжной фиксации.