Чтение онлайн

Итак, основу БТР составляет баллистический принцип, гласящий, что скорость света, и несущих его частиц (реонов), складывается со скоростью источника, подобно тому, как движение орудия придаёт дополнительную скорость выстреленному снаряду. Но до сих пор мы рассматривали лишь равномерное движение источника, относительно которого скорость света всегда имела постоянную величину c. Теперь изучим и случай ускоренно движущегося источника (относительно него скорость света равна cлишь в момент испускания). Для этого обратимся снова к баллистической модели. Представим себе идущий в атаку с ускорением aброневик, дающий очередь из пулемёта по неподвижной цели, расположенной прямо по курсу (Рис. 24). Пули в очереди следуют друг за другом через равные интервалы времени T. Найдём, с каким периодом T'они ударяют в мишень.

Первая пуля долетит до цели за время

t 1=L 1/v 1,

где L 1— расстояние до мишени, первоначально равное L(Рис. 25. а), а v 1— скорость пули, равная сумме стандартной скорости cвылета пуль из ствола пулемёта и скорости vброневика в этот момент:

t 1= L/(c+v).

Следующая пуля прибудет к цели за время

t 2=T+L 2/v 2,

где T— время, прошедшее от первого выстрела до второго, а L2/ v2 — собственно время движения второй пули. Отрезок L 2, который ей предстоит пройти, будет меньше Lна величину пройденного броневиком за время Tпути, равного vT, то есть

L 2= L-vT(Рис. 25. б).

Иной окажется и скорость пули v 2. Броневик движется ускоренно, и спустя время Tскорость его будет на величину aTбольше первоначальной. И настолько же скорость второй пули будет превышать v 1, т. е.

v 2= v 1+aT= c+v+aT.

В итоге имеем

t 2= T+((L-vT)/(c+v+aT))

Промежуток времени T= t 2– t 1между двумя ударами пуль в мишень найдётся как

T' = T(1-v/(c+v+aT)-La/((c+v+aT)(c+v)))

Считая малыми в знаменателях величины vи aT(в сравнении со скоростью выброса пуль c), получим T/T=1-/c-La/c 2, или то же для частот ( f=1/ T):

f/f= 1+ / c+La/ c 2.

То есть пули по мишени барабанят чаще (с частотой f> f), чем вылетают: движение как бы добавляет пулемёту скорострельности.

Применяя баллистическую модель к свету (броневик — это источник света, а пули — реоны R, соответствующие гребням волн и "выстреливаемые" со скоростью света c), получим тот же результат: видимая частота прихода световых волн, импульсов от подвижного источника отличается от истинной.

Здесь, конечно, нет никакого реального искажения масштаба времени, как в теории относительности. Имеет место лишь кажущееся изменение, как в общеизвестном эффекте Доплера (Рис. 26). К нему и сведётся найденная формула в случае равномерного движения источника ( a=0). Именно эффект Доплера T /T=1- / cиспользуют автоинспекторы для определения скорости движения автомобилей. Неподвижному наблюдателю с чувствительной аппаратурой свет фар приближающейся машины покажется чуть синее, чем в действительности [76]. Если же машина уносится прочь, свет её задних фар, напротив, станет казаться чуть красней реального: движение меняет частоту света. Вызвано это тем, что при движении расстояние между машиной и наблюдателем меняется. Поэтому два последовательных сигнала, скажем, — два выстрела из автомобиля, произведённые с интервалом в секунду, пройдут это расстояние в разное время (Рис. 27). Так, при стрельбе из машины, идущей к наблюдателю со скоростью 30 м/с, второй пуле предстоит пролететь на 30 метров меньше. Поэтому, при скорости пуль в 300 м/с вторая пуля выиграет на этой дистанции десятую долю секунды. На эту разность времён хода и сократится для наблюдателя период между сигналами: пули проследуют с интервалом в 0,9 секунды, вместо 1 с. Так же и для света, представляющего собой летящую последовательность волновых фронтов, движение преобразует период и частоту следования импульсов, гребней волн, то есть, — меняет окрашенность света по эффекту Доплера. Но формула, найденная Ритцем ещё в 1908 г. [8], предсказывает, помимо доплеровского, и другой эффект.

В самом деле, пусть начальная скорость ускоряемого источника света равна нулю. Тогда приходим к формуле для периодов

T/T=1- La/ c 2,

или с учётом малости La/ c 2<<1 получим для частот света f=1/ Tи f=1/ Tсоотношение

f/f=1/( T/T) =1+ La/ c 2.

То есть, даже при нулевой скорости, когда эффект Доплера не даёт никакого сдвига частоты, такой сдвиг частоты сигналов предсказывает формула Ритца (изменение частоты обусловлено повышенной скоростью задних гребней волн, сигналов: они нагоняют передние, постепенно сокращая разрыв, длину волны, Рис. 24). Пусть, для иллюстрации, этими сигналами снова будут два пистолетных выстрела из автомобиля по столбу. Первый выстрел производится из автомобиля, едва начавшего разгон и потому имеющего нулевую скорость. Тогда первая пуля двинется к столбу со стандартной скоростью выстрела c=300 м/с, пройдя расстояние L=900 м до столба за время L/c=3 секунды. Когда после первого выстрела, спустя время T=1 с, будет произведён второй, машина, имеющая ускорение a=10 м/с 2, наберёт уже скорость V=aT=10 м/с. Это движение автомобиль дополнительно сообщит второй пуле, так что её скорость составит уже c+V=310 м/с, а время пути станет L/( c+V)=2,9 с, что примерно на величину LV/c 2=0,1 секунды меньше продолжительности полёта первой пули. Следовательно, к столбу пули придут с разрывом T'= T-LV/c 2= T(1 —La/c 2)=0,9 с, меньшим первоначального T=1 с. Как видим, эффект во многом напоминает доплеровский, но в отличие от него определяется лишь ускорением источника aи нарастает с расстоянием L. По аналогии с эффектом Доплера назовём такой неизвестный науке способ влияния на частоту "эффектом Ритца" (Рис. 27).

Реально эффект этот обычно достаточно мал в сравнении с доплеровским и потому его до сих пор редко удавалось обнаружить и на него не обращали внимания. Действительно, в знаменателе выражения La/ c 2стоит огромная величина c 2. А потому при достижимых в земных лабораториях ускорениях aи длинах Lпоправка частоты f=f-fполучается крайне малой и трудно уловимой. Зато, как увидим, эффект становится хорошо заметен на гигантских космических расстояниях L(Часть 2). Поскольку в космосе величина f/f= La/ c 2становится достаточно большой, то это приводит к гигантским сдвигам частоты и периода. Это позволяет объяснить не только сверхмощные вспышки сверхновых и других переменных звёзд, спектральные характеристики объектов, но и космологическое красное смещение, предсказав на основе БТР правильную его величину. Впрочем, и в земных масштабах, где величина ритц-эффекта f/f= La/ c 2сдвига частоты f, пропорциональная удалённости Lи лучевому ускорению aисточника, крайне мала, его всё же можно зафиксировать с помощью эффекта Мёссбауэра (§ 3.7). Именно он позволил выявить предсказанный Ритцем сдвиг частоты в опыте Бёммеля, где источнику гамма-лучей, расположенному на расстоянии L=dот поглотителя, придали лучевое ускорение a. Сдвиг частоты гамма-лучей составил f/f= ad/ c 2, что точно подтвердило формулу Ритца [153, с. 136].

Правда, и в теории относительности ускорение способно влиять на частоту. Однако, в ритц-эффекте, подобно доплеровскому, частота зависит не от самого ускорения a, как в теории относительности, а лишь от его проекции arна луч зрения наблюдателя — от "лучевого ускорения". Проверить это можно с помощью того же эффекта Мёссбауэра. В астрономии и физике эффект изменения частоты принято характеризовать для определённости именно лучевыми проекциями. Так, формулу Доплера записывают в виде f/f=1- V r/ c, где V r— лучевая скорость источника (в системе наблюдателя), положительная при его удалении и отрицательная, если источник приближается к наблюдателю. Здесь f— частота световых волн, сигналов, импульсов, пускаемых источником, а f— частота восприятия их приёмником. Аналогично и формулу эффекта Ритца удобно переписать через лучевое ускорение a rисточника. Оно положительно, если направлено от приёмника или наблюдателя, и отрицательно в обратном случае (то есть, — противоположно по знаку ускорению aс Рис. 25). Таким образом, формула эффекта Ритца запишется в виде