Техника - молодёжи 1984-09, страница 42

фект). Первоначально открытие использовалось в акустике, потом эффект сослужил хорошую службу астрономам — с его помощью они стали определять скорости движения звезд. Формулы считались универсальными, поскольку выводились 113 понятия о движении волнового фронта, что годилось как для воздуха, так и для эфира.

А. Эйнштейн видоизменил найденные Доплером выражения согласно введенному в физику принципу относительности. Опыты физиков Г. Айвса и Ж. Стилвелла, проведенные в 1938 году, подтвердили правильность выводов Эйнштейна. Да, но ведь «ликвидация» эфира была существенна только для инер-циальных систем отсчета. А как быть с системами, движущимися по окружности?

В 1961 году англичане Д. Чамп-ни и П. Мун, разместив приемник и источник излучения на противоположных концах вращающегося ротора, обнаружили, что ожидавшееся ими уменьшение частоты волны — красное смещение — отсутствовало. Через два года тот же Д. Чампни, а также Ж. Исаак и А. Кан убедились, что если в движение привести только приемник (на окружности ротора), то при неподвижном источнике выявляется не красное смещение, а противоположное — фиолетовый сдвиг. Для объяснения этого эффекта пришлось привлечь сразу обе «безэфирные» формулы, уточненные Эйнштейном, вводя в них отдельно как скорость источника, так и скорость приемника. Но относительно какой системы координат? Третьей? Но ведь ее не существует! Что же, выходит, все-таки нужна нам некая «всеобщая» система отсчета?

В 1968 году советские физики Е. Колоколов и Т. Лаврова получили новые выражения для светового эффекта Доплера, в которых учитывается эта «третья система». Формулы так же хорошо описывают результаты вращательных опытов, как и признанные формулы теории относительности, но уже без противоречий. В зависимости от направления движения источника и приемника они переходят то в формулы Доплера (для продольного эффекта), то в формулы Эйнштейна (для поперечного эффекта).

Любопытно, что вышеописанные опыты легко поддаются объяснению на основе корпускулярного представления о фотоне. Пусть на окружности вращающегося ротора находится приемник. Фотон налетает на него, в результате чего импульс фотона относительно приемника увеличивается, происходит векторное сложение двух импульсов. Обнаруживается фиолетовый сдвиг частоты. Если же вращается источ

ник, то масса виртуального фотона (который может быть испущен) находится в движении, обладая начальным импульсом. В процессе излучения этот импульс векторно отнимается от квантового импульса фотона (импульс излучения), и в результате приемник, на ходящийся в центре ротора, регистрирует уменьшение энергии и частоты приходящих фотонов — красное смещение. Теперь становится понятно, почему в первом опыте Чампни и Муна не было никакого эффекта: уменьшение частоты при излучении компенсировалось увеличением ее в процессе приема.

Эффекты объяснимы и с волновой точки зрения. Если движущийся источник испускает сферические волны, то в светоносной среде впереди него образуется сгущение волн, а сзади — разрежение. Фотон отличается от звуковой волны дискретностью структуры и наличием массы (движения), вследствие чего его волновой вектор поворачивается при излучении на небольшой угол аберрации. Вот этот угол н ввели в свои формулы Е. Колоколов и Т. Лаврова. Если же движется приемник, то сгущение волн отсутствует, но из-за того, что приемник движется, встреча с их гребнями будет происходить либо чаще, либо реже в зависимости от того, куда будет направлено движение. И здесь уже нужно учитывать угол аберрации приема излучения.

И тем не менее независимо от обстоятельства, существует «светоносная среда» или нет, поиски неподвижного абсолюта затрудняются еще одним фактором.

Мы знаем, что скорость звука в воздухе — 340 м/с. Но ее никак нельзя назвать абсолютной — хотя бы для акустических процессов, — поскольку газовая оболочка Земли движется вместе с Землей в космическом пространстве. Вполне возможно, что не только метагалактики, но и «светоносная среда», физический вакуум, само пространство, содержащее космические объекты, как-то перемещается...

В 1929 году Эдвин Хаббл, американский астроном, обнаружил в спектрах галактик красное смещение. Сразу же возникли два объяснения этого явления. Первое базируется на признании начального взрыва вселенной из одной точки. Галактики разбегаются, масштабы увеличиваются, растут и длины волн начального излучения. Фотон же, который приносит нам это известие, при этом остается вечным, нестареющим и неизменным.

В модели стационарной вселенной, наоборот, считается, что никакого разбегания галактик нет. Миры, разбросанные в пространстве, вращаются вокруг своих центров и,

возможно, компонуются в какую-то сверхсистему, сверхгалактику.

Французский физик, основоположник квантовой механики Луи де Бройль высказал идею, что красное смещение можно объяснить в этом случае «старением фотона». Фотон, как и всякая волна, при движении в светоносной среде теряет часть своей энергии, что приводит к смещению частоты в «красную сторону». Горячие звезды и галактики заполняют космическое пространство радиоизлучением, которое можно назвать как «фоновое излучение».

По теории «большого взрыва», начальное излучение высокой интенсивности распределялось по мере расширения и остывания по всему объему вселенной. Остаток его должен присутствовать в виде радиоизлучения с температурой 3° Кельвина.

Так и оказалось. В 1965 году, использовав малошумящую рупорную антенну для прослушивания космоса, американцы А. Пензиас и О. Вильсон обнаружили фоновое излучение. Появилась идея измерить скорость Земли относительно «фона».

Рассуждали так. Если Земля движется навстречу излучению, то антенна примет больше энергии согласно эффекту Доплера; а если уходит от него, — то меньше, и излучение должно восприниматься чуть-чуть холоднее. Вот эту разницу температур — порядка одной тысячной доли градуса и предстояло определить.

Справились с задачей только в 1977 году. Результаты нам известны: Земля вместе с Солнцем в составе Галактики движется относительно фонового излучения в направлении созвездия Лев со скоростью 390 км/с! Стало быть, появилась выделенная система координат, связанная с фоновым излучением?

Да, но именно выделенная, а не абсолютная. Однако, с другой стороны, коли существовала «начальная» точка вселенной, из которой после взрыва стали «разбегаться» галактики и метагалактики, то не может ли именно она послужить неким ♦ незыблемым» абсолютом? Давайте с помощью того же эффекта Доплера измерим лучевые (то есть радиальные) скорости движения галактики. Потом по смещениям каждой из них за достаточно долгое время вычислим поперечную, или, как говорят астрономы, тангенциальную, составляющую и определим отсюда полный вектор скорости. А потом посмотрим, из какой точки вселенной исходят эти векторы — в ней то и произошел «большой взрыв».

40