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=ΩR 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'=φR, где φ=ΩL/c — малый угол поворота установки за время движения света вдоль AB. Каждый отрезок пути прямого луча AB=BC=CD=DA=L вырастет до значения

L1=L(1+v×sin45º/c).

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

c+vx=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 — vy=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

T1=L1/(c+vx)+L1/(c — vy)+L1/(c — vx)+L1/(c+vy)≈4L1/c.

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

L2=AD'=L(1–v×sin45º/c),

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

T2≈4L2/c.

Тот же результат для T1 и T2 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 T1, T2 отличаются от обычного T=4L/c лишь за счёт изменения пути лучей, один из которых догоняет убегающие зеркала, а другой движется им навстречу. В итоге, разница времён

ΔT=T1—T2=8Lv×sin45º/c2=8ΩR2/c2,

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.

§ 1.14 Энергия поля и давление света

Давление, оказываемое светом на зеркало даже в вакууме, противоречит, например, принципу равенства действия и противодействия, когда он применяется только к веществу. Поэтому мы вынуждены будем "овеществить" лучистую энергию, чтобы спасти этот принцип и принцип сохранения энергии во всех случаях, когда имеется тело, в котором излучение не встречает какого-либо материального препятствия в некотором направлении, и для которого энергия не может, следовательно, когда-либо полностью восстановиться.

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=mV2/2 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.

Но в электродинамике Ритца эта проблема легко решается. Как показали выше, импульс от заряда к заряду переносят элементарные, весомые частицы, — реоны, движущиеся со скоростью света. Через посредство реонов заряды и обмениваются импульсами, энергией, иначе говоря, — взаимодействуют в полном согласии с законом Кулона. Всё пространство между зарядами пронизано летящими со скоростью света реонами. Они и образуют динамическую среду, с которой связаны энергия и импульс электрического действия. Но эта среда из частиц кардинально отличается и от неподвижного эфира, и от абстрактного электромагнитного поля, и от виртуальных фотонов. В отличие от них, реоны — это, во-первых, субстанция вполне материальная, весомая, а потому — способная переносить энергию и импульс, а, во-вторых, всегда пребывающая в движении. Реоны и ареоны — это не только стройматериал, образующий частицы, но и универсальный переносчик всех видов взаимодействий.