Эксперимент Трутона — Ренкина и проверка сокращения Лоренца-Фитцджеральда
Trouton–Rankine experiment
Эксперимент Трутона-Рэнкйна (1908) проверил сокращение Лоренца-Фитцджеральда. Результат – отрицательный, подтверждая принцип относительности и отсутствие эфира.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Эксперимент Траутона-Ранкина был разработан для проверки, приводит ли сокращение Лоренца-Фитцджеральда объекта, измеренное в системе отсчета, связанной со светящимся эфиром, к обнаружимому эффекту в системе отсчета самого объекта, тем самым указывая на существование "предпочтенной системы отсчета". Эксперимент впервые провели Фредерик Томас Траутон и Александр Оливер Рэнкин в 1908 году. Результат эксперимента оказался отрицательным, что согласуется с принципом относительности (и, следовательно, со специальной теорией относительности), согласно которому наблюдатели, находящиеся в состоянии покоя в определенной инерциальной системе отсчета, не могут измерить свою собственную скорость с помощью приборов, покоящихся в той же системе. Следовательно, сокращение длины также не может быть измерено наблюдателями, движущимися вместе с объектом. См. также Экспериментальные проверки специальной теории относительности.
The Trouton–Rankine experiment was an experiment designed to measure if the Lorentz–FitzGerald contraction of an object according to one frame (as defined by the luminiferous aether) produced a measurable effect in the rest frame of the object, so that the ether would act as a "preferred frame". The experiment was first performed by Frederick Thomas Trouton and Alexander Oliver Rankine in 1908. The outcome of the experiment was negative, which is in agreement with the principle of relativity (and thus special relativity as well), according to which observers at rest in a certain inertial reference frame, cannot measure their own translational motion by instruments at rest in the same frame. Consequently, also length contraction cannot be measured by co moving observers. See also Tests of special relativity.
Описание
Известный эксперимент Майкельсона и Морли 1887 года показал, что господствовавшая тогда теория эфира нуждалась в пересмотре. Фицджеральд и Лоренц, независимо друг от друга, предложили сокращение длины экспериментального аппарата в направлении движения (относительно светоносного эфира), которое могло бы объяснить почти нулевой результат эксперимента Майкельсона — Морли. Первые попытки измерить некоторые последствия этого сокращения в лабораторной системе отсчета (инерциальной системе отсчета наблюдателя, движущегося вместе с экспериментальным аппаратом) были предприняты Рэйли и Брейсом в экспериментах 1902 и 1904 годов, однако результат оказался отрицательным. К 1908 году, однако, современные теории электродинамики – теория эфира Лоренца (впоследствии отброшенная) и специальная теория относительности (в настоящее время общепринятая и не требующая существования эфира) – предсказывали, что сокращение Лоренца — Фицджеральда невозможно измерить в сопутствующей системе отсчета, поскольку эти теории основывались на преобразованиях Лоренца. Фредерик Томас Траутон (после проведения эксперимента Траутон — Нобля в 1903 году) вместо этого выполнил расчеты, используя собственную интерпретацию электродинамики, вычисляя сокращение длины в соответствии со скоростью экспериментального аппарата в эфирной системе, но рассчитывая электродинамику, применяя уравнения Максвелла и закон Ома в лабораторной системе. Согласно взглядам Траутона на электродинамику, эти расчеты предсказывали измеримый эффект сокращения длины в лабораторной системе. Вместе с Александром Оливером Ранкином он попытался проверить это в 1908 году, измеряя изменение сопротивления катушки при изменении её ориентации относительно «скорости эфира» (скорости лаборатории относительно светоносного эфира). Это было сделано путем размещения четырех идентичных катушек в конфигурации моста Уитстона, что позволяло точно измерять любые изменения сопротивления. Затем цепь поворачивали на 90 градусов вокруг своей оси во время измерения сопротивления. Поскольку сокращение Лоренца — Фицджеральда происходит только в направлении движения, с точки зрения «эфирной системы отсчета» длина катушек зависела от угла между ними и скоростью эфира. Таким образом, Траутон и Ранкин полагали, что сопротивление, измеренное в неподвижной системе отсчета эксперимента, должно изменяться при вращении устройства. Однако их тщательные измерения не выявили обнаруживаемых изменений сопротивления. Это показало, что если сокращение Лоренца — Фицджеральда и существовало, то оно не могло быть измерено в системе покоя объекта – только теории, включающие полное преобразование Лоренца, такие как специальная теория относительности, остаются верными.
The famous Michelson–Morley experiment of 1887 showed that the then accepted aether theory needed to be modified. FitzGerald and Lorentz, independently of each other, proposed a length contraction of the experimental apparatus in the direction of motion (with respect to the luminiferous aether) that would explain the almost null result of the Michelson–Morley experiment. The first attempts to measure some consequences of this contraction in the lab frame (the inertial frame of reference of an observer co moving with the experimental apparatus) were made in the Experiments of Rayleigh and Brace (1902, 1904), though the result was negative. By 1908, however, the then current theories of electrodynamics, Lorentz ether theory (now superseded) and special relativity (now generally accepted, and lacking any aether at all), predicted that the Lorentz–FitzGerald contraction is not measurable in a co moving frame, because these theories were based on the Lorentz transformation. Frederick Thomas Trouton, (after conducting the Trouton–Noble experiment in 1903), instead did the calculations using his own interpretation of electrodynamics, calculating the length contraction according to the velocity of the experimental apparatus in the aether frame, but calculating the electrodynamics by applying Maxwell's equations and Ohm's law in the lab frame. According to Trouton's view of electrodynamics, the calculations then predicted a measurable effect of the length contraction in the lab frame. Together with Alexander Oliver Rankine, he set out to verify this in 1908 by attempting to measure the change of the resistance of a coil as it changed its orientation to the "aether velocity" (the velocity of the lab through the luminiferous aether). This was done by putting four identical coils in a Wheatstone bridge configuration which allowed them to precisely measure any change in resistance. The circuit was then rotated 90 degrees about its axis as the resistance was measured. Because the Lorentz–FitzGerald contraction is only in the direction of motion, from the point of view of the "Aether frame" the length of the coils depended on their angle with respect to their Aether velocity. Trouton and Rankine therefore believed that the resistance as measured in the rest frame of the experiment should change as the device was rotated. However their careful measurements showed no detectable change in resistance. This showed that if the Lorentz–FitzGerald contraction existed, it was not measurable in the rest frame of the object – only theories containing the complete Lorentz transformation, like special relativity, are still valid.