Баллистическая


Двойные звёзды, клистрон и временнáя фокусировка света



жүктеу 8.2 Mb.
бет32/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   28   29   30   31   32   33   34   35   ...   99

Двойные звёзды, клистрон и временнáя фокусировка света

Ранее прошедшие электроны имеют меньшую скорость, и прошедшие позже электроны их догоняют. На некотором расстоянии от зазора плотность электронов в пучке делается резко неоднородной, в нём образуются сгустки и разрежения… На диаграмме наиболее острые “пики” тока получаются там, где самые быстрые электроны как раз догоняют самые медленные. Несколько дальше от модулирующих сеток пики раздваиваются, так как быстрые электроны обгоняют медленные и выходят вперёд.



Гапонов В.И., "Клистроны" [36]
Учёт баллистического принципа в применении к двойным звёздным системам ведёт не только к искажению видимого движения звёзд и расчётной формы их орбит, но и к искажениям яркости, повторяющимся с периодом обращения звёзд. На это следствие также указывали уже вскоре после создания БТР, в частности Ла Роза [5]. В самом деле, из-за того, что свет от одних положений звезды опережает время, а в других запаздывает, мы не только наблюдаем на одних участках орбиты движение звёзд убыстренным, а на других - замедленным, но и увидим соответствующие этому изменению масштаба времени колебания яркости звезды. Происходит своего рода временная фокусировка света, когда одни световые лучи догоняют за счёт получения скорости источника другие, испущенные раньше, отчего видимая яркость источника усиливается, несмотря на постоянство его истинной яркости. По сути это есть одно из проявлений эффекта Ритца.

В самом деле, согласно баллистическому принципу, от переменной скорости звезды разные скорости приобретает и её свет (Рис. 70). Он приходит к нам то запаздывая, то опережая "график". Вот звезда и кажется то ярче, то темнее и тем заметней, чем больший путь проделал свет. Примерно та же ситуация в общественном транспорте: трамваи, поначалу следующие друг за другом строго по расписанию, через равные интервалы, с течением времени утрачивают эту периодичность - одни отстают, другие же идут с опережением графика. В итоге на одних участках дороги трамваи скапливаются, а на других их почти нет. Как и для света, колебания частоты (следования вагонов) растут пропорционально пройденному пути.



Рис. 70. Схема изменения частоты и периода T следования трамваев или света в зависимости от их движения.

Если первый трамвай выехал со скоростью V1, а второй, спустя время T, – со скоростью V2, то к остановке, расположенной на расстоянии L, они прибудут: первый – за время L/V1, второй – за L/V2. На разность времен хода L(V1V2)/V1V2 и вырастет промежуток времени T' между приходом трамваев к остановке в сравнении с исходным T. Так и для двух лучей света: будучи испущены звездой с разрывом времени T, они придут к наблюдателю с разрывом T'=T+L(V1V2)/V1V2. Разные скорости V1 и V2 лучи приобретают от переменной лучевой скорости звезды – её лучевого ускорения a. В первый миг звезда испускает луч со скоростью V1, а в следующий, спустя время T, её скорость убудет на величину aT, и на столько же замедлится луч: его скорость V2 составит V1aT. Отсюда, считая скорости лучей V1 и V2 примерно равными скорости света c, находим T'=T(1+La/c2).

Поскольку свет, испущенный звездой за время T, воспримется в течение момента T', пропорционально ему должна периодически, в зависимости от ускорения, меняться и яркость звезды, "концентрация" света, аналогично плотности трамваев на разных участках пути. Колебания яркости следуют за колебаниями лучевого ускорения звезды и выражены тем сильней, чем ускорение выше, а звезда – дальше. Выходит, только звёзды с большой удалённостью и ускорением могут заметно менять свой блеск. Изменяются и спектры звёзд. Ведь свет – это периодический, волновой процесс, и подобно расстояниям между трамваями, периоду и частоте их следования, должны меняться длины волн света, период световых колебаний T'=T(1+La/c2) и их частота f'=1/T'≈f(1–La/c2). В этом, напомним, и состоит эффект Ритца.

Таким образом, синхронно с колебаниями яркости двойной звезды в её спектре будут "гулять" линии поглощения. Их смещения от эффекта Ритца, как показывают расчёты, много больше доплеровских. Поэтому у цефеид кривая спектрального смещения должна отражать не колебания скорости, но, подобно кривой блеска, колебания ускорения звезды. Недаром кривые блеска и "скорости" (спектрального сдвига) цефеид зеркально похожи. Сдвиг частоты меняет и цвет (спектр излучения): звезда становится то "синее", то "краснее". А поскольку по цвету находят её температуру (все видели, как раскалённый волосок в лампе, остывая, становится из жёлтого красным), то будет казаться, что в фазе со "скоростью" и блеском меняется "температура" звезды (Рис. 71).

Рис. 71. Движение звезды по орбите создаёт те же периодические изменения яркости и спектра, что обнаружены у переменных звёзд.

Таким образом, небольшая модуляция света по скорости, вызванная движением звезды по орбите, приводит к сильным колебаниям яркости, растущим по мере удаления от звезды. Интересно, что именно этот эффект, предсказанный Ритцем ещё в 1908 г., положен в основу работы СВЧ-приборов клистронов [36 Ч.II, 103]. Разница состоит только в том, что в клистронах происходит пространственно-временная фокусировка не световых лучей и пучков, а электронных. Исходно однородный по плотности электронный пучок, проходя в клистроне через меняющееся с большой частотой электрическое поле, разбивается по мере движения на сгустки, тем более выраженные, чем больший путь прошёл электронный пучок. Это так же вызвано тем, что отдельные не взаимодействующие друг с другом электроны, получив в ускоряющем поле различные добавочные скорости, начинают догонять друг друга и скапливаться, группироваться - возникает пространственная группировка пучка, которую так же называют фазовой фокусировкой электронного пучка, ввиду аналогии с фокусировкой света.

В самом деле, совершенно так же как пучок света, прошедший через линзу, чем дальше, тем всё более сходится, фокусируется, наращивая свою яркость, так же фокусируются на пространственно-временной диаграмме и электроны после прохождения клистрона (Рис. 72). Ещё точнее эту аналогию и пространственно-временную диаграмму иллюстрирует отражение, преломление и фокусировка света волнистой поверхностью воды. Чем дальше располагаем экран от взволнованной поверхности воды, тем чётче, ярче прорисовываются отражения гребней волн, на самой поверхности часто незаметные глазу. В случае пространственной фокусировки яркость нарастает за счёт сбора лучей, испущенных в разных направлениях, вблизи одной точки пространства (фокуса). А во временной фокусировке яркость увеличивается за счёт сбора лучей, испущенных в разные моменты, вблизи одной точки во времени. В таком временном фокусе лучи соберутся на расстоянии L=c2/a от источника света или электронов, как хорошо видно на пространственно-временной диаграмме (Рис. 72).



Рис. 72. Пространственно-временная диаграмма, демонстрирующая эффект группирования электронов, реонов и кинематические волны [103].

Именно такую пространственно-временную диаграмму, но для света построил и В.И. Секерин, впервые подробно рассмотревший влияние скорости двойных звёзд на скорость идущего от них света [111]. Таким образом, всё это будет приводить к периодичному колебанию яркости двойных звёзд, так же как влияние клистрона ведёт к периодичному колебанию интенсивности, плотности электронного пучка. Если этот пучок направить на люминесцентный экран телевизора или осциллографа, то с помощью высокоскоростной съёмки точно так же можно было бы наблюдать быстрые колебания яркости светового пятна, созданного на экране электронным пучком. При помещении экрана вплотную к клистрону, мы не увидели бы колебаний яркости - пучок был бы сравнительно однородный по плотности, но по мере удаления от клистрона экран стал бы давать сперва едва заметные колебания яркости пятна, а затем всё более выраженные (Рис. 73). Пучок электронов, промодулированный, неоднородный по скоростям по мере движения становится всё более неоднороден по плотности, разбиваясь на сгустки.

Рис. 73. Трёхмерная диаграмма, демонстрирующая образование всё более мощных всплесков интенсивности электронного пучка по мере удаления от клистрона [36].

Точно такие же колебания интенсивности света должны наблюдаться и у двойных звёзд по мере удаления от двойной системы. Таким образом, СВЧ-прибор клистрон работает в полном соответствии с эффектом, предсказанным по БТР ещё в начале XX века для двойных звёзд, так же модулирующих своим движением скорость светового пучка, несущих свет реонов, как электроны в клистроне не взаимодействующих друг с другом. Выходит, будь принята БТР, клистрон, находящий широкое и очень важное применение в СВЧ-технике, мог бы быть создан гораздо раньше, а не в 30-х годах [36]. Хотя не исключено, что к идее создания клистрона учёных подтолкнуло как раз обсуждение Ла Розой в 1924 г. эффектов двойных звёзд по теории Ритца [5]. При этом учёные, само собой, не пожелали упоминать об этой связи с БТР, хотя даже формулировки (см. эпиграфы к § 2.11., § 2.14., § 2.18.) принципа группировки звучат сходно. Само название "клистрон" происходит от греческого слова "прибой", поскольку принцип его действия иллюстрирует движение малых волновых возмущений поверхности моря, по мере приближения к берегу создающих всё более высокие и крутые гребни прибоя, способные даже опрокидываться. Так же и световые волны, приходящие от далёких источников из космического океана к берегам Земли, наращивают величину и крутизну своих валов, создавая переменность блеска звёзд. Эти волны плотности света и электронов существенно отличаются от обычных волн в среде, и потому называются кинематическими волнами, ибо движутся вместе со средой. Именно в этом основное отличие теории Ритца от эфирных теорий.

Итак, эффект Ритца - это по сути эффект временнóй (фазовой) фокусировки света. Тем же по сути является и эффект Доплера, приводящий к видимому сжатию или растяжению временных интервалов, хотя обычно и гораздо более слабому, чем в эффекте Ритца. И это естественно, как говорилось, существует единый эффект Доплера-Ритца, меняющий за счёт движения источника и запаздывания световых сигналов их видимую длительность. Ещё раз отметим, что в отличие от релятивистского изменения масштаба времени, темпа течения процессов, в эффекте Доплера-Ритца мы сталкиваемся лишь с кажущимися изменениями длительности. Сквозь доплер-ритцеву временную линзу мы наблюдаем временные интервалы сжатыми или растянутыми, так же как через обычные линзы видим предметы увеличенными или уменьшенными. Но это лишь иллюзия, видимость, ибо размеры предметов, так же как и ритм процессов в них реально не меняются. Примечательно, что ключевую роль в подтверждении реальности времяфокусирующего эффекта Доплера-Ритца в космосе сыграл А.А. Белопольский, который не только доказал реальность эффекта Доплера в оптике [51, 74], первым применив его для систематического установления скоростей космических объектов, но и сделал первый шаг по установлению роли в космосе эффекта Ритца - сближения-расхождения гребней световых волн за счёт их неравной скорости [17]. Как говорилось, реальность подобного эффекта для двойных звёзд была обнаружена ещё в 1924 г. Ла Розой в виде переменности блеска некоторых звёзд [5]. Далее покажем, что у большинства переменных звёзд - цефеид, новых, пульсаров, колебания блеска и спектра, яркие вспышки вызваны именно этим эффектом, оказывающимся одним из наиболее ярких и значимых проявлений эффекта Ритца.





    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   28   29   30   31   32   33   34   35   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет