Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Порой считают, что опыт Саньяка противоречит БТР, поскольку луч света, приобретая по баллистическому принципу скорость вращения системы, должен двигаться вместе с ней, не давая смещения полос [93]. На деле же, именно баллистический принцип (принцип инерции для света), как при колебаниях маятника Фуко, ведёт к изменению направления и скорости световых колебаний в крутящейся системе, утратившей инерциальность. Световой луч свободно летает меж зеркалами, словно маятник Фуко, свободно качающийся меж крайними положениями, в то время как неинерциальная система вращается под ним, выдавая своё вращение по смещению относительно летящего по инерции луча. Проанализируем с позиций БТР опыт Саньяка. Свет испускается источником S , установленным на крутящемся с частотой Ω диске, отчего по баллистическому принципу свет дополнительно получает окружную скорость v =Ω R источника. Далее луч света делится полупрозрачной пластинкой A на два луча, один из которых, при отражении от укреплённых на диске зеркал B, C и D , описывает замкнутый квадрат в направлении вращения, а другой — против этого направления, после чего лучи сводятся вместе, интерферируя на фотопластинке I [153]. Для удобства рассмотрим движение луча в покоящейся инерциальной системе отсчёта, где луч не искривляется и не меняет своей скорости при движении меж зеркалами (как было бы во вращающейся системе отсчёта).

Найдём разницу времён обхода контура лучами. Путь AB=L прямого луча, идущего в направлении вращения, удлиняется до

AB'=L(1+v×sin45º/c),

поскольку к моменту прихода луча к зеркалу B оно в ходе вращения сдвинется в точку B' на расстояние BB' =φ R , где φ=Ω L / c — малый угол поворота установки за время движения света вдоль AB . Каждый отрезок пути прямого луча AB = BC = CD = DA = L вырастет до значения

L 1=L(1+v×sin45º/c).

При этом, вдоль AB луч, по баллистическому принципу, полетит со скоростью

c+v x=c+v×sin45º.

После отражения на зеркале B и движения вдоль BC , фазовая скорость света по БТР сохранится относительно источника (Рис. 39) и станет равной

c — v y=c — v×cos45º .

То же случится и при дальнейших отражениях: в каждом из них фазовая скорость отражённого света вдоль направлений BC = CD = DA равна скорости параллельного луча, испущенного первичным источником S [93, 153]. В итоге полное время пути прямого луча по контуру AB'C''D'''I составит

T 1=L 1/(c+v x)+L 1/(c — v y)+L 1/(c — v x)+L 1/(c+v y)≈4L 1/c.

Для луча, идущего против вращения, каждый отрезок пути L=AD , напротив, сократится до значения

L 2=AD'=L(1–v×sin45º/c),

и аналогичный расчёт даст для времени обхода контура AD'C''B'''I обратным лучом

T 2≈4L 2/c.

Тот же результат для T 1 и T 2 получим даже в случае, если закон равенства углов падения и отражения нарушается движением зеркал и отрезки пути AB'C''D'''I немного разнятся. Существенно лишь то, что лучи сойдутся в одной точке I (где исследуют интерференционные полосы), которая, за счёт вращения, сместится к моменту прихода лучей, удлинив путь одного и сократив путь другого.

То есть, в первом приближении, влияние скорости источника на скорость света нейтрализуется (за счёт движения по замкнутому пути, § 2.9), и времена обхода T 1, T 2 отличаются от обычного T =4 L/c лишь за счёт изменения пути лучей, один из которых догоняет убегающие зеркала, а другой движется им навстречу. В итоге, разница времён

ΔT=T 1—T 2=8Lv×sin45º/c 2=8ΩR 2/c 2,

а разница оптических путей

Δ=ΔTс=4ΩS/c,

где S — площадь контура, по которому идёт свет. Это совпадает с результатом опыта Саньяка и аналогичных опытов [153], для которых формулу можно обобщить на случай контура любой формы, при данной площади S . Ещё проще БТР объясняет аналогичные опыты Харреса и принцип работы лазерного гироскопа, подобно механическому гироскопу, выявляющего вращение системы. В опыте Харреса луч поступал внутрь вращающейся системы от неподвижного источника, поэтому сдвиг полос возникал лишь за счёт изменения длины пути луча. В опыте с лазерным гироскопом интерференция лазерных лучей в кольцевом резонаторе типа системы Саньяка создаёт биения на частоте, равной разнице частот прямого и обратного луча. В этом случае, снова имеет место неравноправие лучей внутри вращающейся системы. Если прямому лучу приходится догонять зеркала, отчего частота прихода световых колебаний снижена, то обратному лучу зеркала идут навстречу, и его частота увеличена. При этом, как показано выше, не существенно движение самого источника: его влияние нейтрализуется благодаря замкнутому пути, тогда как движение зеркал на всех участках ведёт к растяжению или сокращению пути. Выходит, эксперименты с вращением оптических систем вполне согласуются с БТР.

Итак, для света, идущего через преломляющие, отражающие и крутящиеся системы, классический принцип относительности Галилея, сформулированный для закрытых инерциальных систем, перестаёт работать. Если это помнить и корректно вести расчёт на базе баллистического принципа для исходного излучения, учтя вдобавок интерференцию излучения вторичных источников, то легко придём к результату, подтверждённому экспериментом. При этом, надо аккуратно переходить из одной системы отсчёта в другую, применяя баллистический принцип, закон отражения Ритца, коэффициент увлечения Френеля или теорему переизлучения Фокса, в зависимости от того, идёт ли речь о фазовой или о групповой скорости света.

Одна из основных проблем теории Максвелла и всей современной электродинамики связана с объяснением энергии поля. Электрическое воздействие, как известно, передаётся от заряда к заряду с конечной скоростью, равной скорости света. Однако, как было замечено ещё Ритцем, с позиций максвелловой электродинамики затруднительно понять: в какой форме существует в пустом пространстве электрическое воздействие (его энергия и импульс), после того, как оно покинуло один заряд, но ещё не пришло к другому, — максвеллова теория противоречит закону сохранения энергии и импульса! Будь даже пространство между зарядами заполнено неподвижным эфиром, и то не удалось бы понять, как в нём может переноситься импульс и энергия электрического поля, в отсутствие волн. А, поскольку эфира нет, то объяснить это тем более проблематично, поскольку энергия и импульс неразрывно связаны с весомой материей. В отсутствие материи, — массы m , понятия энергии E=mV 2/2 и импульса p = mV теряют смысл. Совершенно так же нет смысла говорить о температуре и давлении пустого пространства: температура и давление — это, соответственно, мера энергии и импульса частиц среды.