Кіріспе

салыстырмалылықтың эмиссиялық теориясы. Эмиссиялық теория, сондай-ақ шығарушы теориясы немесе жарықтың баллистикалық теориясы деп те аталады, 1887 жылғы Майклсон-Морли экспериментінің нәтижелерін түсіндіруге бағытталған арнайы салыстырмалылық теориясына қарсы келген теория болды. Эмиссиялық теориялар жарық тарату үшін ерекше жағдайдың болмауы арқасында салыстырмалылық принципін сақтайды, бірақ инварианттық постулатын қолданудың орнына, жарық көзіне қатысты "c" жылдамдығымен шығарылады деседі. Осылайша, эмитер теориясы электродинамика мен механиканы қарапайым Ньютондық теориямен үйлестіреді. Бұл теорияны ғылыми қауымның басым бөлігі толығымен жоққа шығарғанмен, ғылыми ағымнан тыс топтарда оның жақтастары әлі де кездеседі.

Тарих

Эмиссия теориясымен ең көп байланыстырылатын есім – Исаак Ньютон. Ньютонның корпускулалық теориясында жарық "корпускулалары" ыстық денелерден c номиналды жылдамдығымен, эмиссиялық объектіге қатысты шығарылып, Ньютон механикасының қалыпты заңдарына бағынады. Сондықтан жарық алыстағы эмитердің жылдамдығымен өзгеше жылдамдықпен (c ± v) бізге қарай қозғалатынын күтеміз. 20-шы ғасырда Альберт Эйнштейн электродинамика мен салыстырмалылық принципі арасындағы көрінетін қайшылықты шешу үшін арнайы салыстырмалылық теориясын жасады. Теорияның геометриялық қарапайымдылығы көндіретін болды және 1911 жылға қарай ғалымдардың көпшілігі салыстырмалылықты қабылдады. Дегенмен, бірқатар ғалымдар салыстырмалылықтың екінші негізгі постулатын – барлық инерциялық жүйелерде жарық жылдамдығының тұрақтылығын қабылдамады. Сондықтан жарық жылдамдығы көзінің жылдамдығына тәуелді болатын, ал Лоренц түрленуінің орнына Галилей түрленуі қолданылатын әртүрлі эмиссия теориялары ұсынылды. Олардың барлығы Микельсон-Морли экспериментінің теріс нәтижесін түсіндіре алады, себебі жарық жылдамдығы барлық есептеу жүйелерінде интерферометрге қатысты тұрақты болады. Осы теориялардың кейбіреулері: Жарық өзінің барлық траекториясы бойында бастапқы қозғалмалы көзінен алған жылдамдық компонентін сақтайды, ал шағылысқаннан кейін жарық бастапқы көзбен бірдей жылдамдықпен қозғалатын орталықтың айналасында шар тәрізді таралады (Вальтер Риц, 1908 жыл). Бұл модель ең толық эмиссия теориясы деп есептелді. (Шындығында, Риц Максвелл-Лоренц электродинамикасын модельдеген. Кейінгі мақаласында Риц өзінің теориясындағы эмиссиялық бөлшектер жолындағы зарядтармен өзара әрекеттесетінін және демек, олар тудырған толқындар бастапқы эмиссиялық жылдамдықтарын мәңгілік сақтамайтынын айтты.) Шағылыстыратын айнаның қозғалған бөлігі жаңа жарық көзі ретінде әрекет етеді және шағылысқан жарық айнаға қатысты, ал бастапқы жарық көзіне қатысты бірдей жылдамдыққа ие (Ричард Чейз Толман, 1910 жыл, ол арнайы салыстырмалылық теориясының жақтаушысы болғанымен). Айнадан шағылысқан жарық бастапқы көздің айнадағы бейнесінің жылдамдығына тең жылдамдық компонентін иеленеді (Оскар М. Стюарт, 1911 жыл). Риц-Толман теориясының модификациясын J. G. Fox (1965 жыл) енгізді. Ол жоғалу теоремасын (яғни, жарықтың өтіп бара жатқан ортада қайта жаралуын) қарастыру қажет деп мәлімдеді. Ауада жоғалу қашықтығы тек 0,2 см-ге жетеді, яғни осы қашықтықты басып өткеннен кейін жарық жылдамдығы бастапқы жарық көзіне емес, ортаға қатысты тұрақты болады. (Дегенмен, Фокс өзі арнайы салыстырмалылық теориясының жақтаушысы болды.)

Жер бетіндегі көздер

Мұндай эксперименттерге Саде (1963) жасаған тәжірибе жатады, ол позитронды жою нәтижесінде пайда болған, қарама-қарсы бағытта қозғалған фотондардың жылдамдық айырмашылығын өлшеу үшін ұшу уақыты әдісін қолданды. Тағы бір экспериментті Alväger және авторлар (1963) жүргізді, олар қозғалған және тоқтаған көздерден шыққан гамма-сәулелердің ұшу уақытын салыстырды. Екі тәжірибе де салыстырмалылық теориясына сәйкес, ешқандай айырмашылық таба алмады. Филиппас пен Фокс (1964) Саде (1963) мен Альвагер (1963) жойылу эффектілерін жеткілікті түрде бақылаған жоқ деп санады. Сондықтан олар жойылуды есепке алуға арналған арнайы құрылғымен эксперимент жүргізді. Әртүрлі детекторлардың нысанаға дейінгі қашықтығынан алынған деректер, жарық жылдамдығының көздің жылдамдығына тәуелді еместігін көрсетті және c ± v ескеріліп, ескерілмеген модельдік мінез-құлыққа қайшы келді. Алдыңғы зерттеулерін жалғастыра отырып, Alväger және авторлар (1964) π0 мезондарын байқады, олар жарық жылдамдығының 99,9%-ымен фотондарға ыдырайды. Тәжірибе фотондардың көздерінің жылдамдығына жете алмайтынын және жарық жылдамдығымен қозғала беретінін көрсетті. Фотондардың өтетін ортасын зерттеу жойылудың ығысуы нәтижелерді айтарлықтай бұрмалауға жеткіліксіз екенін көрсетті. Сондай-ақ нейтрино жылдамдығының өлшеулері де жүргізілді. Жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын мезондар көздер ретінде пайдаланылды. Нейтринолар тек электроәрекеттесуге қатысатындықтан, жойылудың әсері болмайды. Жердегі өлшеулер жоғарғы шектерді көрсетті.

Интерферометрия

Сагнак эффектісі айналмалы платформадағы бір сәуле екінші сәуледен қысқарақ қашықтықты басып өтетінін көрсетеді, бұл интерференциялық суретінің ығысуына себеп болады. Жорж Сагнақтың бастапқы тәжірибесі жойылу эффектісіне ұшырайтыны көрсетілді, бірақ содан бері Сагнак эффектісі жойылудың әсері жоқ вакуумда да байқалатыны дәлелденді. Рицтің эмиссия теориясының болжамдары, қозғалатын ортадағы жарық таралуына қатыстыларын қоспағанда, жердегі барлық интерферометриялық сынақтармен сәйкес келді, ал Риц Физо тәжірибесі сияқты сынақтардың қиындықтарын еңсеруге болатындықтан маңызды деп санамады. Дегенмен, Толман, Жерден тыс жарық көзін пайдаланатын Майкелсон-Морли тәжірибесінің Риц гипотезасын шешуші түрде тексеруге мүмкіндік беретінін атап өтті. 1924 жылы Рудольф Томашек жұлдыз жарығын қолданып, өзгертілген Майкелсон-Морли тәжірибесін жүргізді, ал Дейтон Миллер күн сәулесін пайдаланды. Екі тәжірибе де Риц гипотезасына қайшы келді. Бэбкок пен Бергман (1964) статикалық Сагнак конфигурациясында орналасқан жалпы жол интерферометрінің айналары арасына айналмалы шыны пластиналарды орналастырды. Егер шыны пластиналар жаңа жарық көздері ретінде әрекет етсе, олардың бетінен шығатын жарықтың жалпы жылдамдығы c + v болса, интерференциялық суретте ығысу күтілді. Бірақ, мұндай эффект байқалмады, бұл арнайы салыстырмалылықты тағы да растайды және жарық жылдамдығының көзден тәуелсіз екенін көрсетеді. Бұл тәжірибе вакуумда орындалды, сондықтан жойылу эффектісінің әсері болмауы керек. Альберт Абрахам Майкелсон (1913) және Кирино Майорана (1918/9) тыныш көздермен және қозғалмалы айналармен (және керісінше) интерферометриялық тәжірибелер жүргізіп, ауадағы жарық жылдамдығының көзден тәуелсіз екенін көрсетті. Майкелсонның орналасуы қозғалмалы айналардың жарықпен үш түрлі өзара әрекеттесуін ажыратуға арналған: (1) «жарық корпускулалары серпімді қабырғадан снарядтар сияқты шағылысады», (2) «айна беті жаңа көз ретінде әрекет етеді», (3) «жарық жылдамдығы көздің жылдамдығынан тәуелсіз». Оның нәтижелері жарық жылдамдығының көзден тәуелсіздігімен сәйкес келді. Майорана қозғалмалы көздер мен айналардан түскен жарықты толқын ұзындығының өзгеруіне өте сезімтал Микелсон интерферометрімен талдады. Эмиссия теориясы қозғалмалы көзден шыққан жарықтың Доплерлік ығысуы толқын ұзындығының өзгеруісіз жиіліктегі өзгеруді білдіреді деп мәлімдейді. Бірақ Майорана эмиссия теориясына қайшы келетін толқын ұзындығының өзгеруін анықтады. Бекман мен Мандикс (1965) Майкелсонның (1913) және Майорананың (1918) қозғалмалы айна тәжірибелерін жоғары вакуумда қайталады, нәтижесінде k 0,09-дан кем болды. Вакуум олардың теріс нәтижелерінің себебі ретінде жойылуды толығымен жоққа шығаруға жеткіліксіз болғанымен, жойылудың болу ықтималдығын азайтуға жеткілікті болды. Қозғалмалы айнадан шыққан жарық Ллойд интерферометрі арқылы өтті, сәуленің бір бөлігі фотопленкаға тікелей бағытталды, ал екінші бөлігі Ллойд айнасынан шағылысты. Тәжірибеде қозғалмалы айналардан c + v жылдамдығымен қозғалатын жарық жылдамдығы, Ллойд айнасынан c жылдамдығымен қозғалатын шағылысқан жарық жылдамдығымен салыстырылды.

Басқа да дәлелдері жоққа шығарылған

Эмиссиялық теориялар Галилей трансформациясын пайдаланады, онда координаттардың уақыты жаңа жүйеге ауысқанда өзгермейді ("абсолюттік уақыт"). Осылайша, релятивистік уақыттың өзгеруін растайтын Айвс-Стилвелл тәжірибесі, жарық эмиссиясы теориясын да жоққа шығарады. Говард Перси Робертсон көрсеткендей, Айвс-Стилвелл тәжірибесі Микельсон-Морли және Кеннеди-Торндайк тәжірибелерімен бірге қарастырылғанда толық Лоренц трансформациясын алуға болады. Бұдан әрі, кванттық электродинамика жарық таралуын мүлдем басқа, бірақ бәрібір релятивистік контекстке қояды, бұл жарық жылдамдығының көзінің жылдамдығына тәуелді екенін жобалайтын кез келген теориямен үйлеспейді.