— Специальная теория относительности (СТО), созданная Альбертом Эйнштейном, является самой знаменитой из физических теорий. Но до сих пор в СМИ часто появляются сообщения о якобы найденном опровержении СТО. Подвергает ли сомнению эту теорию кто-нибудь из профессиональных физиков или подобные опровержения — деятельность так называемых научных фриков?
— Популярность СТО связана с простотой её основных принципов, поражающей воображение парадоксальностью выводов и её ключевым положением в физике двадцатого века. СТО принесла небывалую славу Эйнштейну, и именно эта слава стала одной из причин неустанных попыток ревизии теории.
(СТО; также частная теория относительности) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности.
Описываемые специальной теорией относительности отклонения в протекании физических процессов от предсказаний классической механики называют релятивистскими эффектами, а скорости, при которых такие эффекты становятся существенными, — релятивистскими скоростями.
Вся совокупность экспериментальных данных в физике высоких энергий, ядерной физике, спектроскопии, астрофизике, электродинамике и других областях физики согласуется с теорией относительности в пределах точности эксперимента. Например, в квантовой электродинамике (объединение СТО, квантовой теории и уравнений Максвелла) значение аномального магнитного момента электрона совпадает с теоретическим предсказанием с точностью 10-9.
Но, действительно, по сей день редколлегии физических журналов находятся в постоянной осаде любителей, предлагающих варианты пересмотра СТО.
Ситуация обострилась в годы празднования столетнего юбилея теории относительности, отсчитанного от даты публикации исторической работы Эйнштейна, считающейся днём рождения СТО (1905 год). Существует несметное множество критических выступлений. В качестве примера можно привести обзорную статью Н. Носкова, разоблачающую «столетний релятивистский обман», и недавнее выступление Соколовых, возрождающих старинную «баллистическую» гипотезу Ритца. Юбилей СТО своеобразно отметил Санкт-Петербургский политехнический университет, переиздавший в 2009 году претенциозную монографию «Мифы теории относительности» А. А. Денисова, чьи экстравагантные построения были 20 лет назад опровергнуты преподавателями этого же университета.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"id": "3422394",
"incutNum": 3,
"repl": "<3>:{{incut3()}}",
"uid": "_uid_3771913_i_3"
}
— Попытки опровержения или существенного пересмотра СТО не прекращаются, несмотря на существование бесчисленных свидетельств справедливости выводов СТО. Эти попытки мотивируются недостаточной убедительностью экспериментальных подтверждений её основ, в частности второго постулата, утверждающего постоянство скорости света для всех инерциальных систем отсчёта и её независимость от скорости источника.
При этом чаще всего критике подвергаются ранние эксперименты по поиску «эфирного ветра», которые традиционно рассматриваются как едва ли не единственное опытное доказательство справедливости СТО.
Не проникая в серьёзную научную литературу, попытки пересмотра СТО переполняют СМИ и интернет, что не может не дезориентировать массового читателя, включая школьников и студентов.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"id": "3715513",
"incutNum": 4,
"repl": "<4>:{{incut4()}}",
"uid": "_uid_3771913_i_4"
}
— В чем заключалась суть этого эксперимента?
— Вавилов предложил своему ученику спроектировать установку, в которой источником света был бы пучок быстрых возбуждённых атомов. В процессе детальной проработки плана эксперимента оказалось, что нет шансов получить надёжный результат, поскольку при технике тех дней нельзя было рассчитывать на пучки нужной скорости и плотности: ожидаемая в рамках баллистической гипотезы добавка к скорости света оказывалась на уровне процентов, а интенсивность излучения пучка оценивалась слишком низкой. Опыт не был осуществлён.
За последние несколько десятков лет различные попытки экспериментального доказательства второго постулата СТО неоднократно предпринимались учеными. Все авторы соответствующих работ приходили к выводу о справедливости постулата.
Но это не прекращало критических выступлений, в которых выдвигались возражения против идей экспериментов или ставилась под сомнение их точность.
Последнее связано, как правило, с малой достижимой скоростью движения источника излучения по сравнению со скоростью света.
— Но теперь эксперимент Вавилова удалось осуществить вам и вашим коллегам на базе Курчатовского центра синхротронного излучения. Расскажите об этом подробнее.
— Нам удалось реализовать эксперимент, предложенный Вавиловым, в первоначальной красоте, потому что сегодня физика имеет в руках чрезвычайно яркий ультрарелятивистский источник.
Это синхротронный излучатель, где источником света служит сгусток электронов, двигающийся по искривлённой траектории со скоростью, очень близкой к скорости света.
В экспериментах в качестве импульсного источника света использовался источник синхротронного излучения (СИ) – накопитель электронов Сибирь-1 в Курчатовском центре синхротронного излучения НИЦ КИ. Вид в плане накопителя Сибирь-1 со схемой вывода СИ и эксперимента показан на Рис.1.
Эксперимент проводился согласно следующим двум схемам.
В эксперименте по первой схеме было проведено сравнение времени распространения импульса СИ в вакууме на контрольном отрезке пути для двух случаев: 1) импульс СИ поступал на вход контрольного отрезка пути, проходя сквозь открытую диафрагму; 2) импульс СИ поступал на вход контрольного отрезка пути, проходя сквозь диафрагму, закрытую тонкой стеклянной пластинкой, прозрачной в спектральном диапазоне видимого света. Смена окна диафрагмы (открыто или со стеклом) осуществлялось дистанционно в оперативном режиме простым движением диафрагмы перпендикулярно направлению распространения пучка СИ. В эксперименте по второй схеме осуществлялось прямое измерение скорости импульса СИ в вакууме путем деления величины пути, пройденного светом, на время прохождения этого пути.
В первой версии измерялся сдвиг оптических импульсов во времени при введении в луч СИ стеклянной пластинки. Сдвиг не был обнаружен с точностью около 0,05 нс. (При ожидавшейся «классической» задержке 9 нс, задержка, связанная с преломлением света в тонкой пластинке, пренебрежимо мала.)
Во второй версии эксперимента была непосредственно измерена скорость импульса СИ. Она оказалась равной 2,99×1010 см/c, что всего лишь на ~0.3% ниже табличной скорости света в вакууме. Среднеквадратичная случайная ошибка измерения оценена величиной ±0,2%. Систематическая ошибка определяется точностью измерения длин траектории электронного пучка и луча СИ и не превышает ±0,5%.
Можно сказать, что речь идёт о демонстрационном опыте для будущих учебников физики.
Насколько я знаю, нами впервые было осуществлено прямое измерение скорости света, испущенного ультрарелятивистским источником.
— В чем значение вашего эксперимента?
— Откладывая обсуждение деталей и конкретных вариантов эксперимента, имеет смысл суммировать аргументы в пользу целесообразности самой постановки такого опыта. Разумеется, для профессиональных физиков нет никаких сомнений в ожидаемом результате. В этом смысле опыт бесполезен.
Однако прямая демонстрация постоянства скорости света имеет большую дидактическую ценность, ограничивая почву для дальнейших спекуляций о недоказанности основ теории относительности.
Физика в своём развитии постоянно возвращалась к воспроизведению и уточнению основополагающих экспериментов, осуществляемых с новыми техническими возможностями. В данном случае не ставится цель уточнить скорость света. Речь идёт о восполнении исторической недоработки в экспериментальном обосновании истоков СТО, что должно облегчить восприятие этой достаточно парадоксальной теории.
