Номер 3, страница 162 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. Какие предположения и выводы сделал Х. Лоренц из опыта Майкельсона и Морли?

Опыт Майкельсона и Морли, проведенный в 1887 году, имел своей целью обнаружить движение Земли относительно гипотетической среды — светоносного эфира. Результат эксперимента оказался отрицательным: никакого "эфирного ветра" обнаружить не удалось, что означало, что скорость света не зависит от направления движения источника или наблюдателя. Это противоречило существовавшим на тот момент физическим теориям. Для объяснения этого парадоксального результата нидерландский физик Хендрик Лоренц выдвинул ряд предположений и сделал из них далеко идущие выводы.

Предложения:

Главным предложением Лоренца (высказанным также независимо ирландским физиком Джорджем Фицджеральдом) была гипотеза о сокращении длин. Он предположил, что любой объект, движущийся со скоростью $\text{v}$ относительно неподвижного эфира, испытывает физическое сжатие в направлении движения. Если длина объекта в состоянии покоя равна $L_0$, то при движении его длина $\text{L}$ становится меньше и рассчитывается по формуле:

$L = L_0 \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}$

где $\text{c}$ — скорость света. Такое сокращение одного из "плеч" интерферометра Майкельсона, направленного вдоль вектора скорости движения Земли, в точности компенсировало бы ожидаемое запаздывание светового луча, что и приводило к наблюдаемому отсутствию сдвига интерференционных полос. Для Лоренца это было не свойством пространства-времени, а реальным физическим эффектом, вызванным взаимодействием вещества с эфиром.

Выводы:

Развивая свою гипотезу, Лоренц пришел к более общим и фундаментальным выводам, которые вышли далеко за рамки простого объяснения одного эксперимента. Его выводы легли в основу созданной им "электронной теории".

1. Создание преобразований Лоренца. Лоренц понял, что для того, чтобы уравнения электродинамики (уравнения Максвелла) имели одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчета (как того требовал принцип относительности), необходимо изменить классические правила перехода от одной системы к другой (преобразования Галилея). Он вывел новые, более сложные математические соотношения, которые позже назвали преобразованиями Лоренца.

2. Введение "местного времени". Преобразования Лоренца связывали не только пространственные координаты, но и время. Оказалось, что время в движущейся системе отсчета ($t'$) отличается от времени в неподвижной системе ($\text{t}$). Это понятие Лоренц назвал "местным временем". По сути, это было открытие относительности одновременности и замедления времени, хотя сам Лоренц продолжал верить в существование "истинного", абсолютного времени, текущего в системе отсчета, покоящейся относительно эфира.

3. Инвариантность скорости света. Важнейшим следствием преобразований Лоренца была инвариантность (неизменность) скорости света. Из его формул следовало, что скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета, что полностью соответствовало результату опыта Майкельсона и Морли.

Хотя сам Лоренц до конца своей жизни так и не отказался от идеи светоносного эфира, его математические выводы оказались гениальными. Позже Альберт Эйнштейн использовал преобразования Лоренца как один из двух постулатов своей специальной теории относительности, но придал им совершенно иную, более глубокую физическую интерпретацию, отказавшись от понятия эфира и провозгласив относительность пространства и времени фундаментальным свойством природы.

Ответ: Из отрицательного результата опыта Майкельсона и Морли Х. Лоренц сделал следующие предположения и выводы:
1. Предложение: Он выдвинул гипотезу о том, что все тела, движущиеся относительно эфира со скоростью $\text{v}$, физически сокращаются в направлении движения. Это сокращение (Лоренцево сокращение) описывается формулой $L = L_0 \sqrt{1 - v^2/c^2}$ и полностью объясняет нулевой результат эксперимента.
2. Выводы: Обобщая эту гипотезу, он вывел новые математические преобразования для координат и времени (преобразования Лоренца), которые приходят на смену преобразованиям Галилея. Из этих преобразований следовало, что время не абсолютно (концепция "местного времени"), а скорость света в вакууме инвариантна, то есть одинакова для всех наблюдателей в инерциальных системах отсчета.