Свет и преобразование Лоренца

Преобразование Лоренца интересно тем, что оно реализует принцип Галилея-Пуанкаре для электромагнитных волн (света). При использовании этого преобразования форма уравнений Максвелла сохраняется неизменной в любой инерциальной системе отсчета. Следовательно, скорость света будет в инерциальных системах одна и та же. Таково первое свойство электромагнитных волн и световых лучей. Рассмотрим теперь другие свойства, характерные для световых лучей.

Аберрация света.

Наблюдая в безлунном ночном небе звезды, вы иногда замечаете, как над вами пролетает спутник. Вы видите его в определенной точке пространства, и вам кажется, что он находится как раз в этой точке. На самом деле в момент наблюдения спутник уже не там. Пока световой луч со скоростью света мчался к вам, спутник успел переместиться в другую точку пространства. Это явление называется «аберрацией света». Оно иллюстрируется рис. 1, на котором изображены две системы отсчета. Одна из них (левая на рис. 1) связана с неподвижным наблюдателем, вторая (правая) – со спутником, излучающим свет. Аберрация характерна для любых волновых процессов, например, для акустических.

Рис. 1 Обозначения: R – расстояние от спутника до наблюдателя в момент излучения

светового импульса спутником; R’ – расстояние от спутника до наблюдателя в момент приеманаблюдателем светового импульса, излученного спутником; Q - угол наблюдения, т.е. угол, под которым мы видим спутник; Q - угол, определяющий действительное положение спутника в момент наблюдения; δ – угол между наблюдаемым положением и действительным положением спутника (угол аберрации); v(t) - наблюдаемая скорость движения спутника; V - действительная скорость относительного движения спутника и наблюдателя; S – расстояние, пройденное за время распространения света; t = 0 – момент излучения света.

Заметим, что действительное расстояние R в момент приема сигнала отображается светом без искажений

только в системе отсчета, связанной с источником излучения (спутником).

В системе отсчета, связанной с наблюдателем (левая часть рис.1) и в системе отсчета, связанной со спутником (правая часть рис.1) треугольники, образованные отрезками R, R’ и S одинаковы.

(1)

Эффект Доплера.

Это явление хорошо знают те, кто ездит на электричках. При прохождении станции машинист дает предупреждающий звуковой сигнал. Когда поезд приближается к станции тон звука выше, а когда удаляется – ниже. Аналогичное явление происходит и со светом.

Далее мы опишем эффекты, которые не упоминаются

в Специальной теории относительности. На них мы остановимся подробнее.

Критический угол наблюдения.

Допустим, что мы наблюдаем за самолетом, который летит и пролетает над нами. Сначала тон звука выше, постепенно тон снижается. Когда самолет удаляется, тон становится ниже. Есть на траектории такая точка, где эффект Доплера становится равным нулю. Она видна под углом Qкрит, который мы назовем «критическим» [3]. Это очень важный угол. Он нам понадобится при объяснении явлений при вращательном движении. Чем это угол интересен?

§ Во-первых, как мы уже говорили, эффект Доплера при этом угле не наблюдается.

§ Во вторых, наблюдаемое расстояние равно действительному расстоянию R = R’.

§ В третьих, временной интервал и пространственные отрезки отображаются из одной инерциальной системы отсчета в другую без искажений Dt = Dt’; Dx = Dx’; Dy = Dy’; Dz = Dz’.

§ В четвертых, углы Q и Q’ удовлетворяют соотношению Q = p - Q’.

«Деформация» наблюдаемого расстояния.

При наблюдении спутника мы будем видеть, что расстояние до спутника равно R. Это происходит потому, что в момент приема мы принимаем «запаздывающий» сигнал, т.е. сигнал, который отвечает моменту излучения. Действительное расстояние R’ будет иным