Скорость света движущегося источника

Если источник света движется со скоростью V, то, согласно принципу относительности классической физики, скорость света в направлении движения источника должна быть v+c, а в противоположном направлении v-c.

 Рассмотрим один из экспериментов, который вполне определенно говорит нам, что скорость света, излучаемого движущимся источником, будет одинаковой в любом направлении. Этот эксперимент провели Филиппас и Фокс (T.Filippas & J.Fox, 1963).

В качестве “источника света” использовался Pi^o мезон, распадающийся на два - кванта (фотоны с большой энергией). Его время жизни меньше 10^-16 с. Pi^o мезоны образовывались при облучении водородной мишени Pi^- мезонами по реакции:

(30.1)

Если в реакцию вступал Pi^- мезон с малой кинетической энергией, то кинетическая энергия образующихся Pi^o мезонов была одинаковой и, соответственно, их скорость была равна v=0.2c. Это условие выполнялось, поскольку детекторы, регистрирующие - кванты от распадающихся Pi^o мезонов, располагались в направлении, перпендикулярном направлению движения падающих на мишень Pi^- мезонов.

Схема установки приведена на рис.30.1. От источника И Pi^- мезонов (синхроциклотрон) пучок через коллиматор К попадал на мишень (жидкий водород в сосуде Дьюара), в которой образовывались Pi^o мезоны. Поскольку их время жизни мало они распадались на - кванты в пределах мишени. Вектора скоростей Pi^o мезонов могут быть ориентированы по-разному: в направлении детектора D1 (а), в направлении детектора D2 (б), в направлении перпендикулярном к направлению на детекторы (в). В последнем случае из закона сохранения импульса видно, что - кванты в детекторы не попадут.

Итак, видим, что в эксперименте могли регистрироваться только - кванты, испущенные либо по направлению движения источника, либо испущенные в противоположном направлении.

Рис.30.1

Промежуток времени между импульсами, полученными от детекторов D1 и D2, измерялся с помощью время-амплитудного преобразователя (ВАП). Импульс детектора D1 запускал схему (Старт), а импульс детектора D2 останавливал ее (Стоп). Для того чтобы схема срабатывала во всех случаях, в линию сигнала Стоп вводилась дополнительная задержка  ~10 нс.

Данная схема (основываясь на классической физике) для случая (а) давала бы разность во времени прихода импульсов большую, а для случая (б) меньшую величину.

Рис.30.2

Действительно, исходя из классических представлений, на кривой зависимости числа отсчетов от времени должно быть два пика, разнесенных по времени на величину 2L/v, равную ~ 3 нс для L~0.5м (рис.30.2 пунктирные кривые). В действительности регистрировался только один пик, ширина которого ~2нс была меньше ожидавшегося временного сдвига между импульсами.

Рис.30.3

(Reprinted figure with permission from T.A.Filippas and J.G.Fox, Phys.Rev., 135, B1071 (1964). Copyright (1964) by the American Physical Society)

На рис.30.3 приведена кривая из цитируемой работы. Импульсы с ВАП попадали на анализатор импульсов (АИ), в котором импульсы определенной амплитуды записывались в определенном канале. По оси абсцисс масштаб 9.2+-0.2 канал/нс. Существенно сдвинутые боковые пики  для 32 и 217 каналов связаны с образующимися в реакции (30.1) нейтронами.

Результат эксперимента однозначно говорит нам, что скорость - квантов (электромагнитных волн с малой длиной) не зависит от движения источника. В любой системе отсчета скорость фотона одинакова и равна c. Другими словами, скорость света – величина инвариантная: c=inv.

Подобные эксперименты проводились и с другими движущимися с релятивистскими скоростями источниками - квантов, в частности таким источником была и пара электрон-позитрон, центр масс которой мог двигаться со скоростью с/2. Полученные результаты также подтверждают инвариантность скорости света.