ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер p232.2: Принцип относительности. Теория эфира. Опыт Майкельсона—Морли

План решения

Для устранения противоречий между классической механикой (принцип относительности Галилея) и электродинамикой Максвелла в конце XIX века было предложено несколько гипотез. Основная проблема заключалась в том, что уравнения Максвелла не инвариантны относительно преобразований Галилея, а опыт Майкельсона—Морли показал отсутствие эфира как неподвижной системы отсчёта. Мы перечислим три основных пути, по которым шли учёные.

Вычисление и анализ способов

1. Гипотеза полного увлечения эфира. Предположение о том, что движущиеся тела полностью увлекают за собой эфир. В этом случае скорость света в любой системе отсчёта была бы одинаковой (c), и принцип относительности сохранялся бы для всех явлений. Однако эта гипотеза противоречила наблюдениям за световыми явлениями в астрономии (например, аберрация света звёзд).
2. Гипотеза частичного увлечения эфира (формула Френеля). Огюстен Френель предположил, что движущееся тело увлекает эфир лишь частично. Коэффициент увлечения зависел от показателя преломления среды n: k=1-1/n². Эта теория хорошо объясняла опыт Физо с водой, но не могла объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона—Морли в вакууме.
3. Отказ от принципа относительности для электромагнитных явлений. Некоторые физики считали, что принцип относительности Галилея справедлив только для механики, а для электродинамики существует выделенная система отсчёта — «эфир». Это означало бы, что законы природы неодинаковы во всех инерциальных системах, что вызывало глубокие философские и физические трудности.
4. Специальная теория относительности Эйнштейна. Альберт Эйнштейн предложил радикальное решение: сохранить принцип относительности для всех физических процессов (включая электродинамику) и постулировать постоянство скорости света в вакууме для всех наблюдателей. Для этого пришлось отказаться от абсолютного времени и пространства, заменив преобразования Галилея на преобразования Лоренца.

Проверка

Перечисленные способы логически последовательно отражают историю развития физики того периода. Первые три варианта пытались спасти концепцию эфира или ограничить область применимости принципа относительности, но столкнулись с экспериментальными опровержениями. Четвёртый вариант (СТО) стал окончательным решением, согласующимся со всеми известными к тому времени экспериментами.