Rytmodynamiczna interpretacja rezultatów eksperymentu Michelsona

W tym paragrafie podamy rytmodynamiczną interpretację rezultatów eksperymentu Michelsona, z powodu braku ścisłego, lub przynajmniej opartego na logice rozwiązania problemu elektromagnetycznego eteru oraz ruchu Ziemi względem niego.

Maxwell był pierwszym podniósł kwestię możliwości przeprowadzenia eksperymentu, który mógłby dać definitywną odpowiedź na pytanie, która z istniejących teorii jest poprawna: czy pusta przestrzeń, jak u Galileusza i Newtona, czy przestrzeń wypełniona luminoforycznym eterem. W eksperymencie tym, zmierzono po raz pierwszy prędkość światła pochodzącego z ziemskiego źródła na poruszającej się Ziemi wzdłuż jej kierunku ruchu i porównano ją z prędkością światła poruszającego się w przeciwnym kierunku. O ile Ziemia nie ciągnie za sobą eteru, prędkość taka w pierwszym przypadku wynosi $c_1=c-V=c\left(1-V/c\right)$, a w przeciwnym kierunku $c_1=c+V=c\left(1+V/c\right)$, gdzie V jest prędkością Ziemi. A zatem, różnica tych prędkości w obu przypadkach jest pierwszego rzędu wielkości względem V/c. Aby przeprowadzić taki eksperyment, trzeba znać czas, w jakim światło pokonuje konkretny dystans w konkretnym kierunku, np w kierunku ruchu Ziemi. Zadanie to jest eksperymentalnie nierozwiązywalne, ze względu na problem synchronizacji zegarów w różnych punktach przestrzeni. A zatem we wszystkich eksperymentach przeprowadzonych na Ziemi w celu zdeterminowania prędkości światła, robiono to przez mierzenia czasu, jaki zajęło światłu przebycie drogi tam i z powrotem. W konsekwencji, aby zmierzyć wpływ ruchu Ziemi na prędkość światła, można jedynie porównać czas potrzebny światłu na przebycie tam i z powrotem odcinka L wzdłuż ruchu Ziemi, z czasem, z innym kierunkiem, np. prostopadłym. Ale w takim przypadku różnica czasu będzie drugiego rzędu względem V/c, tzn. V²/c².

Il. 50 J. C. Maxwell

Tak więc, jakkolwiek taki eksperyment pomógłby rozwiązać problem zachowania eteru podczas ruchu Ziemi, to jednak rozmiar magnitudy rzędu V²/c² ≈ 10^-8 powoduje, że spodziewany rezultat będzie niezwykle nieznaczny. Z tego powodu Maxwell był raczej sceptyczny w sprawie aktualnych możliwości rozwiązania problemu przy pomocy takiego eksperymentu. Niemniej jednak taki eksperyment został wkrótce, bo w 1881, przeprowadzony przez amerykańskiego fizyka Alberta Michelsona. Aby porównać czas przelotu światła zarówno wzdłuż jak i w poprzek ruchu Ziemi, Michelson użył zjawiska interferencji. W tym celu wynalazł interferometr, zawierający dwa lustra N oraz M, oraz półprzepuszczalne lustro O, umieszczone jak na ilustracji. Promień światła ze źródła S rozdzielany jest przez powierzchnię O na promienie 1 i 2, które po odbiciu się od luster M i N oraz O padają na mikroskop K. Pozycja pasków interferencyjnych obserwowanych w mikroskopie określana jest przez różnicę przejść promieni 1 i 2, których długość jest równa lub podobna do 2L.

Il. 51. A. Michelson

Celem eksperymentu Michelsona było obrócenie urządzenia o 90° i wykrycie przesunięcia prążków interferencyjnych, oznaczającego różnicę w fazie, oraz, co za tym idzie, istnienia eteru. W 1981, gdy dokonano teoretycznej analizy eksperymentu Michelsona, odkryto, że długość λ_st formacji fal stojących w ramionach OM i ON interferometru (il. 52) musi zależeć od kąta nachylenia urządzenia wzgledem kierunku ruchu θ, oraz od prędkości względem ośrodka (eteru) zgodnie z formułą:

${\mathrm{\lambda \text{'}}}_{\mathrm{st}}={\lambda }_{\mathrm{st}}\cdot \frac{1-{\beta }^2}{\sqrt{1-{\beta }^2{sin}^2\theta }}$

(2.29)

Gdzie

λ'_st - odległość pomiędzy najbliższymi fali stojącej w przypadku interferometru w ruchu;

λ_st - odległość między najbliższymi węzłami fali stojącej nieruchomego interferometru;

β = V/c, gdzie

V - prędkość interferometru

c - prędkość światła.

θ - kąt między ramieniem, w którym mierzona jest długość fali stojącej, a kierunkiem ruchu interferometru.

Il. 52. Interferometr Michelsona. N, M - lustra, O - lustro półprzepuszczalne, ИС - źródło światła, ИК - urządzenie do obserwacji wzoru interferencyjnego, c₁ - prędkość fali pierwotnej, c₂ - prędkość fali odbitej, c_┴ - prędkość fali poprzecznej do ruchu, V - prędkość interferometru względem eteru, L_∥ i L_┴ - rozmiary interferometru przy V > 0, L₀ - rozmiary interferometru przy V = 0.

Innymi słowy, jeśli interferometr Michelsona zmieniał prędkość lub orientację w przestrzeni, ilościowe relacje fal stojących muszą się zmieniać.

Poprawność tego stwierdzenia została dowiedziona w eksperymencie z falami dźwiękowymi: w 1990 zbudowano interferometr dźwiękowy, który rejestrował, w zależności od wiatru, zarówno kompresję fal, zgodnie z (2.29), jak i zmiany w ilościowych relacjach, gdy wiatr zmieniał kierunek.

W eksperymencie Michelsona nie przeprowadzono takiego bezpośredniego pomiaru, ale kiedy do długości interferometru zastosowano propozycję Michelsona odnośnie standardu długości [7], była to dokładnie ilość fal stojących pomiędzy półprzepuszczalnym a odbijającym lustrem, jak wzmiankowano. Nidy nie stwierdzono zmiany w liczbie fal, co jest możliwe w przy dowolnej z trzech opcji:

1. Eter jest wleczony przez ciała i jest zupełnie nieruchomy przy powierzchni Ziemi.
2. Eter jest zawsze nieruchomy, ciała się w nim poruszają. Ich wymiary zmieniają się w taki sposób, że efekty ich ruchu są zawsze nieobserwowalne.
3. Eter nie istnieje (założenie Szczególnej teorii względności).

Poprawność tych założeń dyskutowano przez ponad 120 lat. (...)

Należy wspomnieć, że wg pierwotnego założenia eter był nieruchomy ośrodkiem falowym. Uważano, że ciała się przez niego przemieszczały, będąc jego zaburzonym stanem, tzn. eter swobodnie przechodził przez ciała, które się w nim poruszały. Eter był charakteryzowany jako luminoforyczny ośrodek, którego względną prędkość planował wykryć Michelson swoim interferometrem. Brak pozytywnego wyniku podniósł uzasadnioną kwestię dotyczącą przyczyn niemożności eksperymentalnego wykrycia ruchu w eterze.

hipoteza skrócenia ciał materialnych wzdłuż kierunku ruchu mogłaby wyjaśnić brak wyniku, ale okazała się niewystarczająca, gdyż wymagała wprowadzenia kolejnej hipotezy, dotyczącej zwalniającego czasu. Lorentz próbował podać teoretyczne uzasadnienie dla tej hipotezy, jednak nie znalazł zjawiska, które mogłoby zademonstrować naturę skrócenia.

Zjawisko takie zostało odkryte w 1981 roku, w wyniku teoretycznej analizy zachowania się fal stojących w układzie poruszającym się względem ośrodka, i zostało nazwane zjawiskiem kompresji fali stojącej. W nowym spojrzeniu na falową naturę materii, zjawisko kompresji fali stojącej zostało zastosowane do elektrodynamiki ciał będących w ruchu.

Il. 53. Yuri Iwanow (1981)

Jako model, każde ciało stałe może być rozważane jako pakiet fal stojących, z atomami w węzłach. Atomy są źródłami fal, a fale stojące są rezultatem interferencji. Każde przemieszczenie węzła powoduje nieuniknioną reakcję atomu.

Il. 54. (Z lewej) prędkość pakietu fal stojących V = 0; (z prawej) wymiary pakietu fal stojących przy V = 0,7c.

Jeśli taki pakiet fal stojących zmienia swoją prędkość względem eteru, to odległość miedzy węzłami zmienia się również, zgodnie z (2.29). Prowadzi to do skrócenia fizycznych rozmiarów całego pakietu, a więc całego ciała, wzdłuż współrzędnych:

$\delta \mathrm{x\text{'}}=\Delta x\cdot \left(1-{\beta }^2\right)$
$\delta \mathrm{y\text{'}}=\Delta y\cdot \sqrt{1-{\beta }^2}$
$\delta \mathrm{z\text{'}}=\Delta z\cdot \sqrt{1-{\beta }^2}$

(2.30)

gdzie Δx, Δy, Δz - rozmiary ciała przy V = 0.

Teraz, obliczając spodziewane zmiany w liczbie fal stojących w ramieniu interferometru Michelsona, oraz biorąc pod uwagę skrócenie jego wielkości, widzimy, że rezultat zawsze będzie zerowy. Podobne obliczenia dla różnicy czasu w przejściu obu promieni, równoległego i poprzecznego do ramion, gdy interferometr był obracany, dają również zerowy wynik.

A zatem, skrócenie wymiarów interferometru oparte jest na fizycznym zjawisku kompresji fali stojącej (2.29), które zastosowano dla obiektów materialnych, zakładając ich falową naturę.

sugerowane podejście różni się od formalnej hipotezy Fitzgeralda-Lorentza faktem, że jest oparte na fizycznym zjawisku - kompresji fali stojącej.

Il. 55. zmiana rozmiaru interferometru wg Lorentza (z lewej), oraz zgodna z kompresją fali stojącej (z prawej).

Il. 56. Podczas, gdy obiekt, zbliżając się do prędkości świetlnej, wg Lorentza zmienia się w naleśnik, wg Iwanowa zmienia się w punkt.

Hipoteza Lorentza o skracaniu długości została zasugerowana wyłącznie w celu ratowania idei eteru.

Skracanie wymiarów wg Iwanowa oparte jest na zjawisku fizycznym: kompresji fali stojącej. Zwiększenie prędkości powoduje kompresję obiektu.

Fizyczna natura nowego wyjaśnienia pozwala mówić o Szczególnej teorii względności jako o pośredniej hipotezie, wprowadzonej z powodu początkowej niemożności wyjaśnienia rezultatu eksperymentu Michelsona na gruncie klasycznej fizyki. Teraz mamy podstawy do odrzucenia zasady Einsteina o niezmiennej prędkości światła, i zastąpienia ją zasadą iluzji niezmienności prędkości światła (zgodnie z nowymi transformacjami wymiarów i współrzędnych taka iluzja jest nie do ominięcia). Geometria fal i procesów wewnątrz materii powoduje, że obserwator nie ma okazji do wykrycia w bezpośrednim eksperymencie niezachowania niezmiennika teorii, z powodu kompensującego efektu zmniejszania rozmiarów poruszających się obiektów.

---

Yuri Iwanow

Rytmodynamika 2.05a

Link do oryginału: http://www.rhythmodynamics.com/rd_2007en.htm#2.05