Баллистическая



жүктеу 8.2 Mb.
бет11/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   99

Эффект Ритца

Скорость света, испущенного источником, зависит от скорости последнего лишь в момент излучения. Потом скорость света не меняется: на неё не влияет дальнейшее движение источника ... Поэтому волны, испущенные в разные моменты, когда скорость источника имела разные значения, могут приходить к цели одновременно, за счёт разных скоростей распространения света.



Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]
Итак, основу БТР составляет баллистический принцип, гласящий, что скорость света, и несущих его частиц (реонов), складывается со скоростью источника, подобно тому, как движение орудия придаёт дополнительную скорость выстрелянному снаряду. Но до сих пор мы рассматривали лишь равномерное движение источника, относительно которого скорость света всегда имела постоянную величину c. Теперь изучим и случай ускоренно движущегося источника (относительно него скорость света равна c лишь в момент испускания). Для этого обратимся снова к баллистической модели. Представим себе идущий в атаку с ускорением a броневик, дающий очередь из пулемёта по неподвижной цели, расположенной прямо по курсу (Рис. 24). Пули в очереди следуют друг за другом через равные интервалы времени T. Найдём, с каким периодом T' они ударяют в мишень.

Рис. 24. Броневик, идущий в атаку, даёт пулемётную очередь по цели. Пули, выстрелянные через период T, бьют в мишень с периодом T'.

Первая пуля долетит до цели за время t1=L1/v1, где L1 – расстояние до мишени, первоначально равное L (Рис. 25.а), а v1 – скорость пули, равная сумме стандартной скорости c вылета пуль из ствола пулемёта и скорости v броневика в этот момент: t1= L/(c+v). Следующая пуля прибудет к цели за время t2=T+L2/v2, где T – время, прошедшее от первого выстрела до второго, а L2/v2 – собственно время движения второй пули. Отрезок L2, который ей предстоит пройти, будет меньше L на величину пройденного броневиком за время T пути, равного vT, то есть L2= L-vT (Рис. 25.б). Иной окажется и скорость пули v2. Броневик движется ускоренно, и спустя время T скорость его будет на величину aT больше первоначальной. И настолько же скорость второй пули будет превышать v1, т.е. v2= v1+aT= c+v+aT. В итоге имеем

.

Промежуток времени = t2-t1 между двумя ударами пуль в мишень найдётся как



.

Считая малыми в знаменателях величины v и aT (в сравнении со скоростью выброса пуль c), получим T΄/T=1-ν/c-La/c2, или то же для частот (f=1/T): f΄/f= 1+ν/c+La/c2. Пули по мишени барабанят чаще, чем вылетают: движение как бы добавляет пулемёту скорострельности.



Рис. 25. Положения и скорости пуль, броневика вначале и спустя время T.

Применяя баллистическую модель к свету (броневик – это источник света, а пули – реоны R, соответствующие гребням волн и "выстреливаемые" со скоростью света c), получим тот же результат: видимая частота прихода световых волн, импульсов от подвижного источника отличается от истинной.

Здесь, конечно, нет никакого реального искажения масштаба времени, как в теории относительности. Имеет место лишь кажущееся изменение, как в общеизвестном эффекте Доплера (Рис. 26). К нему и сведётся найденная формула в случае равномерного движения источника (a=0). Именно эффект Доплера T΄/T=1-ν/c используют автоинспекторы для определения скорости ν движения автомобилей. Неподвижному наблюдателю с чувствительной аппаратурой свет фар приближающейся машины покажется чуть синее, чем в действительности [76]. Если же машина уносится прочь, свет её задних фар, напротив, станет казаться чуть красней реального: движение меняет частоту света. Вызвано это тем, что при движении расстояние между машиной и наблюдателем меняется. Поэтому два последовательных сигнала, скажем два выстрела из автомобиля, произведённые с интервалом в секунду, пройдут это расстояние в разное время (Рис. 27). Так, при стрельбе из машины, идущей к наблюдателю со скоростью 30 м/с, второй пуле предстоит пролететь на 30 метров меньше. Поэтому при скорости пуль в 300 м/с вторая пуля выиграет на этой дистанции десятую долю секунды. На эту разность времён хода и сократится для наблюдателя период между сигналами: пули проследуют с интервалом в 0,9 секунды вместо 1 с. Так же и для света, представляющего собой летящую последовательность волновых фронтов, движение преобразует период и частоту следования импульсов, гребней волн, то есть меняет окрашенность света по эффекту Доплера. Но формула, найденная Ритцем ещё в 1908 г. [8], предсказывает и другой эффект.



Рис. 26. Эффект Доплера - изменение частоты света за счёт движения.

В самом деле, пусть начальная скорость ν ускоряемого источника света равна нулю. Тогда приходим к формуле для периодов T΄/T=1-La/c2, или с учётом малости La/c2<<1 получим для частот света f=1/T и f΄=1/ соотношение f΄/f=1/(T΄/T)=1+La/c2. То есть даже при нулевой скорости, когда эффект Доплера не даёт никакого сдвига частоты, такой сдвиг частоты сигналов предсказывает формула Ритца (изменение частоты обусловлено повышенной скоростью задних гребней волн, сигналов: они нагоняют передние, постепенно сокращая разрыв, длину волны, Рис. 24). Пусть, для иллюстрации, этими сигналами снова будут два пистолетных выстрела из автомобиля по столбу. Первый выстрел производится из автомобиля, едва начавшего разгон и потому имеющего нулевую скорость. Тогда первая пуля двинется к столбу со стандартной скоростью выстрела c=300 м/с, пройдя расстояние L=900 м до столба за время L/c=3 секунды. Когда после первого выстрела, спустя время T=1 с, будет произведён второй, машина, имеющая ускорение a=10 м/с2, наберёт уже скорость V=aT=10 м/с. Это движение автомобиль дополнительно сообщит второй пуле, так что её скорость составит уже c+V=310 м/с, а время пути станет L/(c+V)=2,9 с, что примерно на величину LV/c2=0,1 секунды меньше продолжительности полёта первой пули. Следовательно, к столбу пули придут с разрывом T'=T-LV/c2=T(1–La/c2)=0,9 с, меньшим первоначального T=1 с. Как видим, эффект во многом напоминает доплеровский, но в отличие от него определяется лишь ускорением источника a и нарастает с расстоянием L. По аналогии с эффектом Доплера назовём такой неизвестный науке способ влияния на частоту эффектом Ритца (Рис. 27).

Рис. 27. Эффект Ритца - изменение частоты света от ускорения. Трогающийся автомобиль, набрав спустя время T скорость V, сообщает её пуле №2. Та постепенно догоняет №1. В итоге пули приходят с разрывом T'<T.

Реально эффект этот обычно достаточно мал в сравнении с доплеровским и потому его до сих пор редко удавалось обнаружить и на него не обращали внимания. Действительно, в знаменателе выражения La/c2 стоит огромная величина c2. А потому при достижимых в земных лабораториях ускорениях a и длинах L поправка частоты Δf=f΄-f получается крайне малой и трудно уловимой. Зато, как увидим, эффект становится хорошо заметен на гигантских космических расстояниях L (Часть 2.). Поскольку величина Δf/f=La/c2 становится достаточно большой, то это приводит к гигантским сдвигам частоты и периода. Это позволяет объяснить не только сверхмощные вспышки сверхновых и других переменных звёзд, спектральные характеристики объектов, но и космологическое красное смещение, теоретически предсказав правильную его величину. Впрочем, и на земных масштабах, где величина ритц-эффекта Δf/f=La/c2 сдвига частоты f, пропорциональная удалённости L и лучевому ускорению a источника, крайне мала, его всё же можно зафиксировать с помощью эффекта Мёссбауэра. И предсказанный Ритцем сдвиг частоты действительно обнаружился в опыте Бёммеля, где источнику гамма-лучей, расположенному на расстоянии L=d от поглотителя, придали лучевое ускорение a. Сдвиг частоты гамма-лучей составил Δf/f=ad/c2, что подтверждало формулу Ритца [153, с. 136].

Правда, и в теории относительности ускорение способно влиять на частоту. Однако, ритц-эффекте, подобно доплер-эффекту, частота зависит не от самого ускорения a, как в теории относительности, а лишь от его проекции ar на луч зрения наблюдателя – от "лучевого ускорения". Проверить это можно с помощью того же эффекта Мёссбауэра. В астрономии и физике для эффекта изменения частоты принято пользоваться для определённости именно лучевыми проекциями. Так, формулу Доплера записывают в виде f΄/f=1-Vr/c, где Vr - лучевая скорость источника, положительная при его удалении и отрицательная, если источник приближается к наблюдателю. Здесь f - частота световых волн, сигналов, импульсов, пускаемых источником, а - частота восприятия их приёмником. Аналогично и формулу эффекта Ритца удобно переписать через лучевое ускорение ar источника. Оно положительно, если направлено от приёмника или наблюдателя, и отрицательное в обратном случае, то есть противоположно по знаку ускорению a с рисунка. Таким образом, формула эффекта Ритца запишется в виде f΄/f=1-Lar/c2 или T΄/T=1+Lar/c2, если учесть, что Lar/c2<<1 (Рис. 28).



Рис. 28. Световые импульсы, пускаемые лазером через период t, приходят к цели с интервалом t': из-за ускорения скорость второго импульса снижена.

Хотя эффекты Доплера и Ритца заметно различаются, они всё же имеют общую природу, поскольку оба вызваны движением источника и приёмника. Ритц очень чётко показал в своей работе [8], что причина изменения частоты принимаемого света в обоих эффектах состоит в изменении расстояния R между источником и приёмником - в их относительном движении, приводящем к накоплению или дефициту волн на пути между источником и приёмником. Накопление волн на дистанции, скажем от расхождения источника и приёмника, означает, что к приёмнику в единицу времени приходит меньше волн, чем испускается. А сближение, напротив, означает, что на пути помещается меньше волн и, следовательно, приёмник поглощает волн больше, чем испускается источником. Поэтому Ритц вывел соответствующую формулу T΄/T=1+(1/c)dR/dt, где dR/dt - скорость изменения расстояния R между источником и приёмником на момент регистрации [8]. Если учесть, что эта скорость dR/dt=Vr+Rar/c, где Vr и ar - лучевая скорость и ускорение на момент испускания, а R/c - время, за которое луч доходит от источника к приёмнику, то получим простую формулу T΄/T=1+Vr/c+Rar/c2, полученную нами ранее и учитывающую сразу и эффект Доплера и эффект Ритца. В оригинальной записи Ритца [8] синтез этих законов выглядел так:

Здесь dt', dt - элементарные интервалы времени между испусканием двух сигналов (частиц-реонов) и их приёмом, ur - лучевая скорость приёмника, wr' - лучевое ускорение источника. В этой лаконичной формуле, как увидим, сосредоточено очень многое, открывающее природу электричества, магнетизма, света, массы, пространства, времени, явлений космоса и микромира.

Другими словами и эффект Доплера и эффект Ритца - это своего рода законы сохранения числа волн, сохранения времени, по сути закон непрерывности потока времени (аналогичный законам непрерывности заряда и массы). Если дистанция между источником и приёмником с течением времени не меняется dR/dt=0, то независимо от того, как движутся источник и приёмник, частота не должна меняться, поскольку в противном случае на отрезке R с течением времени волны либо накапливались бы до бесконечности, либо совсем исчезали, что невозможно. Поэтому, если источник и приёмник установлены на одной и той же платформе, то независимо от того с какой скоростью или постоянным ускорением они движутся, приёмник будет регистрировать всегда частоту источника. Если же дистанция увеличивается dR/dt>0, то число волн на ней должно тоже пропорционально нарастать, что приводит к снижению частоты принимаемых сигналов. Таким образом, эффект Ритца и Доплера - это по сути одно и то же. Существует как бы единый Эффект Доплера-Ритца (ЭДР) T΄/T=1+(1/c)dR/dt, частные проявления которого это уже собственно эффект Доплера T΄/T=1+Vr/c или эффект Ритца T΄/T=1+Rar/c2. При переходе из одной системы отсчёта в другую один эффект переходит в другой.

Так, пусть у нас есть неподвижный приёмник и ускоренно удаляющийся источник. Согласно эффекту Ритца это приведёт к тому, что частота принимаемого света будет меньше на величину пропорциональную расстоянию до источника и его ускорению. Но мы можем перейти в систему отсчёта, связанную с источником. В этой системе источник покоится, а потому эффект Ритца уже не может приводить к смещению частоты. Зато в этой системе уже приёмник движется ускоренно. Ускорение приёмника не даёт сдвига частоты по эффекту Ритца, но приводит к тому, что на момент регистрации приёмник наберёт некоторую скорость и будет удаляться от источника, что приведёт к сдвигу частоты уже по эффекту Доплера, в точности равному сдвигу по эффекту Ритца, полученному в другой системе отсчёта. Таким образом, эффекты представляют собой одно и то же, поскольку с точки зрения волн есть равноправие не только между всеми инерциальными системами отсчёта, но и между ускоренно движущимися.

И всё же в целях удобства и во избежание ошибок лучше всегда переходить в систему отсчёта, связанную с приёмником, поскольку ускорение источника часто переменное и указанный переход не всегда возможен. Ведь в этом случае на одних участках пути накапливается больше волн, а на других меньше. Так, если платформа с зафиксированным источником и приёмником движется с переменным ускорением, скажем, колеблется, то хотя в среднем частота, регистрируемая приёмником будет как у источника (за достаточный промежуток времени волн приходит столько же сколько было испущено - они не накапливаются), частота будет меняться с периодом колебаний платформы, так как на разных участках пути плотность волн различна. И потому правильнее и проще всего говорить об изменении частоты света источника на основании его ускорения и скорости в момент испускания света в системе приёмника или, по крайней мере, в инерциальной системе отсчёта. Это позволяет избежать путаницы и ошибок. Вот какие глубины эффекта Доплера, пространственно-временных соотношений раскрывает Ритц в своём великом труде [8]. Говоря об изменении масштаба времени движущегося объекта по эффекту Ритца и Доплера, необходимо всегда помнить, что в этих случаях мы имеем дело лишь с мнимым, кажущимся изменением частот и времён, в отличие от теории относительности, где движение источника якобы влияет на само время (§ 1.20.).

И ещё одно роднит эффекты Доплера и Ритца. Эффект Доплера долгое время не признавали для света, прежде всего ввиду непознанности природы самого света [153]. Лишь спустя полвека после открытия в 1842 г. принцип Доплера смог утвердиться благодаря экспериментам русского астрофизика А. Белопольского, много сделавшего, как увидим, и для признания эффекта Ритца (§ 2.4.). Точно так же и теперь физики отрицают реальность эффекта Ритца, поскольку до сих пор не разобрались в природе света. А ведь об эффекте Ритца, так же как об эффекте Доплера, буквально кричат все явления космоса (Часть 2.). И если для утверждения доплер-эффекта потребовалось полстолетия, то для признания ритц-эффекта, открытого в 1908 г., как видим, не хватило и целого века. Хочется надеяться, что и эта научная несправедливость вскоре будет исправлена.





    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет