Понятие государства - объект изучения и дискуссий политологов, философов, историков, социологов. Первые государства известные официальной науке появились в древние времена на территории современной Индии, Китая, Ирана, Египта. За все это время ученые так и не пришли к единому, четкому и общепризнанному определению «государства».

Единственный документ во всей истории международного права , где звучит определение понятия государства, это Конвенция Монтевидео 1933 года. До того момента государство становилось таковым, если его статус основывался на «праве давности», - как видите, очень нечеткое определение. Конвенция разработала четыре признака государства :

• постоянное население;
• конкретная территория;
• наличие правительства;
• намерение сотрудничать с другими государствами.

Интересно, что признание другими государствами не указано, то есть новое государство может само заявить о себе (самопровозглашение ).

По поводу признания государства нужно добавить еще кое-что. На официальном сайте ООН была опубликована статья на эту тему, согласно которой признать одно государство может только другое государство. ООН - не государственное образование, и не имеет полномочий признавать или не признавать кого-либо. ООН может только давать членство государству на основании его признания существующими государствами-членами ООН. Например, Республика Косово, признанная США и странами Евросоюза, не может стать членом ООН, так как ее не признает Россия и Китай. Существует много государств с более или менее ограниченным признанием (за примером далеко ходить не надо), но это не отрицает факт их существования. Более того, существуют государства, мало кем признанные, но при этом имеющие более развитую экономическую и социальную сферы , чем некоторые государства-члены ООН. Касательно частично признанных государств есть несколько интересных фактов:

• Пакистан не признает Армению;
• 29 различных арабских и мусульманских государств не признают Израиль;
• Турция не признает Кипр;
• 23 государства-члена ООН, признающие Тайвань, не признают Китай (КНР) (интересно, что они думают по поводу надписи Made in China на половине импортированной продукции?);
• Южная Корея, Франция, Япония и Эстония не признают Северную Корею (при чем тут Эстония - непонятно);
• Собственно, Северная Корея не признает Южную.

Вернемся к определению государства. Вот несколько популярных (порой - спорных) определений понятия:

1. Государство - это особая политическая организация общества, которая осуществляет управление и охрану социальной и экономической структур.
2. Государство - это сила поддержания порядка.
3. Государство - это устойчивая политическая единица, осуществляющая власть и администрирование.
4. Государство - это машина для угнетения одного класса другим.
5. Государство - это воплощение права в обществе.
6. Государство - это частная собственность бюрократии (Карл Маркс имел ввиду коррупции, откаты, взятки, сговор чиновников с олигархами).
7. Государство - это не способ превратить жизнь в рай на земле, а способ не дать ей окончательно превратиться в ад.

Чтобы лучше понять определение государства, рассмотрим его признаки.

Признаки государства.

1. Наличие организационных документов (цели и задачи государства), например, конституция, законодательство.
2. Управление и планирование:
   • правительство;
   • парламент;
   • политическая деятельность;
   • экономическая деятельность;
   • казна;
   • ресурсы;
   • территория;
   • население.
3. Наличие подчиненных организаций (правоохранительные органы, армия, административные органы).
4. Государственный язык (или языки), гражданство, символы государства (флаг, герб, гимн).

Формы государства.

Формы государственного правления :

1. Монархия :
   • абсолютная (в настоящее время пример - халифат - Саудовская Аравия);
   • ограниченная - конституционная, дуалистическая (Монако), парламентская (Великобритания).

1. Республика - парламентская (Германия), президентская (США) или смешанная (Российская Федерация).
2. Смешанные формы:
   • республиканская монархия (Ангола и, по сути, Беларусь);
   • монархическая республика (Ватикан).

Существует также три формы государственного устройства :

1. Унитарное государство , с единой правовой системой, которое может быть:
   • централизованное (Украина);
   • децентрализованное (Испания);
   • сложное (КНР с разноуровневыми автономиями);
   • простое (Польша);
   • национальное (Израиль).

1. Федерация (РФ, США, Германия).
2. Конфедерация - объединение нескольких суверенных государств (в истории - Речь Посполитая, Швейцария до 1848 года, США в период 1861-1865гг; сейчас конфедераций практически нет, разве что Босния и Герцеговина, а также неофициальной конфедерацией является Евросоюз и - не поверите - ДНР и ЛНР в виде Новороссии).

Функции государства.

Внутренние функции:

• правовая (правопорядок);
• политическая (стратегия развития);
• организаторская (контроль);
• экономическая;
• социальная;
• экологическая;
• культурная ;
• образовательная .

Внешние функции:

• дипломатические отношения;
• национальная безопасность;
• обеспечение мирового порядка;
• взаимовыгодное сотрудничество с другими государствами .

Напоследок стоит привести неофициальную классификацию государств. Итак, в повседневной жизни, например, в средствах массовой информации , выделяют такие виды государств :

• карликовое государство - Ватикан, Лихтенштейн, Монако, Люксембург и т.д.;
• государство-середнячок - Швеция, Дания, Ирландия, Венгрия и т.д.;
• великие державы - постоянные члены Совета Безопасности ООН, обладающие серьезным превосходством над другими государствами (страны большой семерки и РФ);
• ядерные державы - члены ядерного клуба (государства, разрабатывающие, производящие и испытывающие ядерное оружие - США, Россия, Великобритания, Франция, Китай, Индия, Израиль, Пакистан, Северная Корея);
• космические державы (Россия, США, Франция, Япония, Китай, Великобритания, Индия, Израиль, Украина, Иран, Северная и Южная Кореи).

Понятие государства очень часто упоминается как синоним понятия «страна». В общих чертах это верно, так как оба понятия описывают практически одно и то же явление, только «государство» - более правовой, политический и экономический термин, а «страна» - географический, общеисторический, культурный и более повседневный.

важнейший орган политич. власти в клас. обществе; в отношении господств, классов Г. выступает как особый орган, управляющий общими делами этих классов, в отношении к их противникам (в эксплуататорском обществе - в отношении к большинству населения) - как орудие подавления. Характер и цели Г. определяются в конечном счете экономич. строем общества; как политич. надстройка над базисом Г. играет важную роль в жизни общества, оказывая, в частности, обратное воздействие и на ход экономич. развития. Г. - важнейшее, но не единств, звено в системе политич. организации клас. общества: в нее входят также партии и др. орг-ции. Однако именно Г. принадлежит высшая власть в обществе (суверенность гос. власти). Г. характеризуется наличием особой системы спец. органов и учреждений (армия, суд, полиция, органы управления и др.), образующих гос. механизм. Как ни различен аппарат Г. в разных ист. условиях, без него оно не может выполнить своего назначения. Г. невозможно и без права. Г. - ист. категория. При родовом строе, когда не было частной собственности и классов, общество обходилось властью авторитета, обществ. мнения. С появлением частной собственности и расколом общества на враждебные классы возникает орган клас. господства - Г.; власть и сила авторитета заменяются авторитетом и силой власти, устанавливается характерное для Г. терр. деление населения, появляется публичная власть, к-рая уже не совпадает непосредственно с населением, а отделяется от него, становится над обществом; аппарат власти все более усиливается по мере того, как обостряются клас. противоречия, и по мере того, как соприкасающиеся между собой гос-ва становятся больше и населеннее. В течение длит. времени Г. существовало только как эксплуататорское Г. -сначала рабовладельческое, затем феодальное и, наконец, буржуазное. Как бы ни были значительны различия между ними, их объединяет то, что все они, охраняя производств, и политич. отношения, осн. на частной собственности на орудия и средства произ-ва, представляют собой диктатуру эксплуататорского меньшинства над эксплуатируемым большинством и в этой связи выступают как аппарат клас. насилия, как машина для подавления сопротивления эксплуатируемых. Возникновение и развитие социалистич. Г. - высшего ист. типа Г. - привели к серьезным изменениям в его существ, чертах. Даже на первом этапе своего развития - в период перехода от капитализма к социализму, когда социалистич. Г. сохраняет характер клас. господства, являясь Г. диктатуры пролетариата, его принципиальная новизна состоит в том, что оно представляет собой власть трудящегося большинства над сопротивляющимся эксплуататорским меньшинством. При этом оно представляет собой диктатуру временную, осуществляемую Г., осн. цель к-рого состоит в творческой работе по преобразованию общества. С полной и окончат, победой социализма и переходом к строительству коммунизма диктатура пролетариата перестает быть необходимой и Г. диктатуры пролетариата превращается в общенар. Г. К нему уже неприменимо определение Г. как орудия клас. господства. С построением развитого коммунистич. общества внутри страны и победой и упрочением социализма на междунар. арене Г. отомрет. На смену ему придет коммунистич. обществ. самоуправление. Заслуга раскрытия сущности Г., закономерностей его возникновения, развития и отмирания принадлежит К. Марксу и Ф. Энгельсу, выводы к-рых были развиты и обогащены в новых ист. условиях В. И. Лениным, последующим практич. и теоретич. опытом мирового коммунистич. движения (важнейшие труды, специально посвященные проблеме Г.: Энгельс Ф., "Происхождение семьи, частной собственности и государства", Ленин В. И., "Государство и революция"; см. также лит. при данной ст.). Новые положения о Г. в период развернутого строительства коммунистич. общества, развивающие марксистско-ленинское учение о Г., сформулированы в Программе КПСС (1961). Бурж. науке удалось собрать известный ист.-фактология, материал о Г. Однако вопрос о сущности Г. и закономерностях его развития настолько остро затрагивает интересы буржуазии, боящейся признать классово-эксплуататорский характер своего Г. и необходимость замены его социалистич. Г., что бурж. наука оказывается не в состоянии дать на него правильный ответ. При внеш. разнообразии бурж. учений о сущности Г. их объединяет идеалистич. истолкование Г., стремление рассматривать Г. вне связи с экономич. строем общества и клас. борьбой - надклассовая трактовка Г., что представляет собой попытку создать общетеоретич. основу для провозглашения "надклассовости" бурж. Г. Все эти учения могут быть сведены к неск. осн. направлениям. Одно из них пытается дать биологизированную трактовку Г. (ор-ганич. и психологич. теории). Напр., органич. теория (англ. социолог Г. Спенсер, швейц. государствовед И. Блюнчли, швед Р. Челлен) изображает Г. в виде особого живого организма, переносит на него биологич. законы, оправдывая тем самым как естеств. явления угнетение масс эксплуататорским Г., экспансионистские устремления империалистич. держав ("борьба за существование"). Другое направление для маскировки социально-экономич. основы Г. ограничивается его юридич. трактовкой, при к-рой Г. рассматривается исключительно как правовое явление (мн. нем. правоведы и историки 19-20 вв. - такие, как О. Гирке, Г. Белов, совр. нормативистская школа права - правовед Х. Кельзен и др.). Сугубо формальный характер носит и широко распространенное в бурж. юридич. лит-ре определение Г. как совокупности населения, терр. и власти. Третье направление рассматривает Г. как порождение особого духовного начала, "идеи Г." (неогегельянские, неокантианские, феноменологические и др. концепции в философии Г.), превращая, т. о., бурж. Г. в нечто соответствующее высшим человеческим духовным началам. Четвертое направление носит откровенно теологич. характер. Если в свое время буржуазия в гос.-правовых теориях просветителей 17-18 вв. и особенно в теории общественного договора отказалась от теологич. взглядов на Г., то ныне она вновь вернулась к ср.-век. доктринам о "божеств." происхождении и сущности Г. (католич. доктрины - неотомизм и др.). Поскольку капиталистич. система, в силу клас. антагонизмов, не может существовать без охраны ее Г., бурж. наука провозглашает Г. вечным, обязательным для всякого цивилизованного общества, искажая, т. о., ист. перспективу. Бурж. наука отрицает закономерный процесс возникновения Г. как результата клас. антагонизмов. Представители т. н. теории насилия (Л. Гумплович, К. Каутский, Ф. Оппенгеймер) утверждают, напр., что Г. появляется в результате завоевания - покорения земледельч. племен воинств, кочевниками-скотоводами; для управления побежденными победители создают Г., к-рое по мере сглаживания различий между теми и другими теряет характер организации господства. В действительности завоевание никогда не было первопричиной Г., к-рое не представляет собой силы, извне навязанной обществу; в конкретных ист. условиях завоевание лишь содействовало возникновению гос. власти, когда внутр. развитием общества для этого уже были подготовлены необходимые условия. Не соответствует ист. фактам, и т. н. теория миграции, согласно к-рой Г. образуется в одном каком-то месте (предположительно, Др. Египет), а оттуда в порядке заимствования распространяется по всему свету. Реакц. расистские теории делят народы на "способные" и "не способные" к государственности (отсюда реакц. норманская теория происхождения рус. Г.). Еще более откровенно идеалистич. характер носит широко распространенная ныне концепция, объясняющая появление Г. наличием в человеч. психике особых стремлений к власти и подчинению. Модернизируя старую т. н. патриарх, теорию происхождения Г., согласно к-рой Г. есть не что иное как разросшаяся семья (Аристотель, англ. политич. писатель 17 в. Р. Филмер), отд. представители психологич. концепции утверждают, что Г. возникает как результат воспроизведения в человеч. психике "отцовского символа". Рабовладельческое Г. было первым ист. типом Г. Возникновение первых рабовладельч. Г. относится к кон. 4 - нач. 3-го тыс. до н. э. (Г. в Др. Египте и на терр. Двуречья); несколько позднее возникли Г. в долине Ганга, в Передней Азии, в басе. Эгейского м., в долине р. Хуапхэ. Их возникновение повсеместно было связано со становлением клас. общества, рабовладельч. отношений (см. Рабовладельческий строй). Вопрос о происхождении Г. в странах Др. Востока сложный, далеко еще не решенный полностью наукой. Возникновение Г. являлось здесь нередко очень длит. процессом, охватывавшим неск. столетий; в течение длит. времени Сохранялись пережитки родового строя и его органов. По-видимому, первичными, самыми ранними гос. образованиями повсеместно были небольшие города-Г. (этот самый ранний этап возникновения Г. лучше всего исследован на материалах Др. Двуречья). Гос. аппарат в пределах такого первичного города-Г. возникал первоначально из органов разлагавшегося родового строя (военной демократии) - таких, как совет старейшин, нар. собрание, вождь-полководец и приближенные к нему лица и воен. дружина, вождь-жрец и т. д., сохранявшихся, но преобразовывавшихся и приспосабливавшихся к условиям клас. обществ. отношений. Постепенно, с развитием рабовладельч. отношений, Г. усложняется. Первичные мельчайшие гос. образования уступают место более крупным, создававшимся обычно в ходе упорной борьбы городов-Г. за гегемонию, путем завоевания, в борьбе с местной родовой аристократией. При этом вождь-полководец (ныне царь, фараон) становился вместе со своим чиновным и воен. аппаратом выше органов отд. общин (подчиняя себе и храмовые х-ва общины с их аппаратом). В речных долинах, в обществах, х-во к-рых базировалось на искусств, орошении, складываются деспотич. рабо- владельч. Г. Др. Востока (см. Деспотия) - Др. Египет, Вавилония и др. Г. Двуречья, империя Цинь в Др. Китае. Эти деспотич. Г., формировавшиеся на базе объединения ирригац. системы к.-л. одного речного басе, существовали длит. время, носили более или менее устойчивый характер. Иную разновидность Г. представляли такие деспотич. рабовладельч. Г., как Ассирия, Перс, держава Ахеменидов. Это были воен.-адм. империи, не имевшие общей экономич. основы, созданные силой оружия и силой оружия поддерживавшие господство рабовладельч. знати государства-завоевателя. Они представляли собой насильств. объединение различных по уровню своего развития стран и областей, были непрочными. На Др. Востоке существовали и такие Г., к-рые не носили деспотич. характера, где цари делили власть с советами знати (Хеттская держава, мн. финикийские города-Г.). В странах Средиземноморского басе. - Др. Греции, Риме - особо благоприятные условия создались для исключит, подъема и сравнительно длит. самостоят. существования городов-Г. - полисов (лат. civitas), ставших наиболее характерной формой гос. образования античности. Полисы представляли собой демократич. (напр., Др. Афины) или аристократич. (напр., Др. Рим) республики. Их существование было связано с антич. формой собственности (см. Античность). Однако и здесь развитие рабовладельч. строя, потребности хоз. развития антич. мира, рост товарного произ-ва, эко-номич. связей постепенно вели к образованию более крупных гос. объединений. Наряду с союзами городов-Г. (напр., Этолийский союз, Ахейский союз, Италийская федерация под гегемонией Рима) возникают крупные государства - такие, как эллинистич. Г. (Птолемеевский Египет, гос-во Селевкидов) и, наконец, Римская средиземноморская держава. В эллинистич. Г. сочетались черты вост. военно-адм. деспотич. империй с системой самоуправляющихся рабовладельч. городов (см. Эллинизм). По мере развития рабовладельч. отношений и усложнения форм рабовладельч. Г. происходит и усложнение гос. аппарата. Возникают налоговая система, судопроизводство, постоянное войско из профессиональных воинов и т. д. Усложнение гос. форм и гос. аппарата особенно отчетливо видно на примере истории Рим. гос-ва. Первоначально - это аристократич. республика со сравнительно несложным гос. аппаратом, типичным для города-Г. (сенат, магистратура, полиция). С превращением Рим. гос-ва в результате завоеват. войн в крупнейшую средиземноморскую державу, с огромным увеличением числа рабов, ростом имуществ. неравенства и обострением клас. борьбы прежние гос. формы не могли обеспечить интересы более или менее широких кругов рабовладельцев. Происходит переход от республики к империи; социальной базой императорской власти становятся рабовладельцы не только Италии, но и всего Средиземноморья (см. Принципат, Доминат). Возникает тенденция к типичному для вост. деспотич. гос-в обожествлению власти монарха. Растет императорский бюрократич. аппарат, значит. часть к-рого составляют сборщики налогов; для подавления восстаний рабов и колонов, завоевания и удержания в повиновении рим. провинций содержится огромная постоянная армия. Рим. Г. периода поздней империи представляет собой орган господства крупнейших земельных магнатов и небольшого слоя городских богачей, громоздкую машину, охранявшую и консервировавшую уже изжившие себя рабовладельч. отношения. Вне зависимости от весьма существенных различий в структуре различных Г. древности любое из них "...было государством рабовладельческим, все равно - была ли это монархия или республика аристократическая или демократическая" (Ленин В. И., О государстве, см. Соч., т. 29, с. 442). Феодальное Г. Первая наиболее примитивная форма феод. Г. - раннефеодальное Г. Социальной базой его возникновения был процесс классообразования в результате разложения первобытнообщинного строя и воен. демократии у герм., слав. и др. народов. Раннефеод. Г. возникали как племенные объединения, в к-рых власть короля или князя, выросшая из власти племенного вождя, не располагала сначала сильным адм. или воен. аппаратом, носила в значит. мере патримониальный характер;ее ограничивал "совет магнатов"- представителей складывавшегося класса феодалов. В раннефеод. Г. в течение нек-рого времени сохранялись пережитки органов управления военной демократии (общенар. ополчение, остатки нар. собраний). Формирование раннефеод. Г. у разных народов имело свои особенности, связанные с конкретными условиями генезиса феодализма у этих народов. Так, у тех народов в Европе, где на этот процесс не могли оказывать серьезного влияния остатки рим. государственности (у англов, саксов, скандинавов, зап. и вост. славян), раннефеод. Г. развивалось медленнее, дольше сохраняя пережитки воен. демократии. Там, где переход к феодализму совершался путем синтеза разлагавшихся рабовладельч. и первобытнообщинных отношений (напр., в Зап. Европе - у франков, вестготов, лангобардов), хотя в ходе завоеваний был произведен слом рабовладельч. Г., остатки рим. государственности, сохранившиеся на завоеванных терр. (влияние рим. права и т. д.), ускоряли развитие феод. Г. Там, где (как в Византии) не было произведено разрушения централизованного Г., феод. Г. складывалось постепенно, в процессе перерождения рабовладельч. Г. и приспособления его форм к потребности класса феодалов. Это характерно и для ряда азиатских стран (напр., Иран при Сасанидах, Китай), где также сохранились как наследие рабовладельч. Г. развитой бюрократич. аппарат и относительно высокая централизация. Относительно высокая централизация Г. объясняется преобладанием на Востоке гос. собственности на землю; здесь Г. непосредственно осуществляло феод. эксплуатацию крестьян, сидевших на гос. землях (путем налогов). Повсюду феод. Г. способствовало складыванию и укреплению феод. отношений. У нек-рых народов раннефеод. Г. принимало форму больших объединений (империя Карла Великого 8-9 вв., Киевская Русь в 9 - нач. 12 вв., Араб, халифат в7-9 вв.). Такие объединения складывались нередко в ходе крупных завоеват. предприятий (см. Арабские завоевания, Монгольские завоевания 13 в.). Когда феод. строй окончательно сложился, рост частной власти крупных феодалов привел к быстрому распаду этих временных объединений, поскольку между отд. феод. владениями отсутствовали экономич. связи. Наступил период феод. раздробленности, когда при формальном сохранении монархии король или князь был лишь "первым среди равных", тогда как реальная политич. власть концентрировалась не у него, а в руках отд. крупных феодалов. Единство класса феодалов по отношению к угнетенному крестьянству и внеш. врагам достигалось с помощью вассалитета и феод. иерархии. С 13 в., в связи с ростом городов, развитием внутр. рынка и обострением клас. борьбы в деревне, во мн. странах Европы происходит постепенная централизация феод. Г., в к-рой оказались заинтересованными как средние и мелкие феодалы, так и горожане. При поддержке этих социальных слоев в этот период королев. власть значительно усиливается за счет ослабления политич. власти отд. крупных феодалов. Одновременно процесс консолидации обще-гос, сословий, происходивший в этот период, привел к возникновению во мн. странах Европы сословно-представит. собраний, к-рые еще более укрепляли позицию королев. власти, хотя и контролировали ее в интересах господств, класса; возникла новая, более централизованная форма феод. Г. - феод. монархия с сословным представительством, или сословная монархия. Монархия была наиболее характерной формой феод. Г., в идеологии господствовали представления о божеств, характере власти монарха; республиками были лишь нек-рые города Европы, иногда представлявшие собой города-гос-ва. Наибольшей степени централизации феод. Г. достигает в абсолютной монархии (см. Абсолютизм). Эта последняя форма феод. Г. возникает в период разложения феодальных и зарождения капиталистич. отношений, в период позднего средневековья (для Зап. Европы - 16-17 вв.). Вся полнота власти при этой форме Г. консолидируется в руках короля и его бюрократии. Сословно-представит. собрания или ликвидируются (Франция, Испания, Россия), или полностью подчиняются пр-ву (Англия). В основе этой политич. формы лежит новое соотношение сил, возникшее вследствие развития капиталистич. отношений и значит. обострения клас. борьбы как между дворянством и крестьянством, так и между дворянством и нарождавшейся буржуазией: дворянство под угрозой роста экономич. мощи буржуазии и крест. движений сплачивается вокруг своего главы - короля, чтобы сохранить свои доходы и привилегии. Буржуазия, заинтересованная в экономич. и политич. объединении страны, но еще слишком слабая, чтобы взять власть в свои руки, поддерживает королев. власть как оплот против рецидивов феод. сепаратизма. Уже в сословной, особенно же в абсолютной монархии централизованное феод. Г. активно помогает классу феодалов выкачивать дополнит, доходы в свою пользу за счет растущих гос. налогов с крестьянства и горожан. Б. ч. этих налоговых поступлений попадает в руки отд. представителей господств, класса. В ряде феод. Г. Азии в 16-17 вв. также в известной мере преодолевается феод. раздробленность. Здесь существовали феод. Г. с сильной центр. властью, с многочисл. чиновничеством (Китай периода династии Мин, Индия при Великих Моголах и др.); однако неизжитое господство натур, х-ва и значит. экономич. раздробленность подрывали я их политич. единство. В то же время с зарождением в этих странах элементов капиталистич. отношений и здесь возникает форма Г., близкая к абсолютизму (наиболее отчетливо в Японии), или его отд. черты. Буржуазное Г. возникает в результате смены феод. обществ.-экономич. формации капиталистической, наиболее радикально - путем бурж. революций, направленных против феод.-абсолютистской монархии и сословного строя, ставших тормозом на пути развития капиталистич. отношений. Там, где буржуазия шла на компромиссы с дворянством (напр., в Англии), она сохранила монархию и бурж. Г. выступало в форме конституц. монархии; там, где буржуазия добивалась более или менее полного господства, бурж. Г. выступало в форме демократич. республики (парламентской, где пр-во ответственно перед парламентом, или президентской, где пр-во формируется президентом и не несет ответственности перед парламентом, напр. США). При разнообразии форм (различие между к-рыми в условиях развитого капитализма приобрело в значит. степени формальный характер) сущность этого Г. едина: "...все эти государства являются так или иначе, но в последнем счете обязательно диктатурой буржуазии " (Ленин В. И., Соч., т. 25, с. 385). Возникновение бурж. Г. было прогрессом по сравнению с предшеств. типами Г. Покончив с феод.-абсолютистским Г., капиталистич. общество установило представит. систему власти (создание бурж.-парл. учреждений), зафиксировало в конституциях ряд демократич. принципов, завершило создание единых нац. Г. там, где это не выполнило феод. Г. (напр., в Германии, Италии). Но бурж. демократия не изменила антинар. природы политич. власти эксплуататоров. Функция подавления, удержания в повиновении эксплуатируемых остается осн. функцией бурж. Г. Это Г. (в отличие от феод. Г.) уже не стремится насильно поставить каждого трудящегося в сословную зависимость от определенного эксплуататора. Оно закрепляет общие условия капиталистич. эксплуатации (прежде всего капиталистич. собственность на средства произ-ва) и именно этим ставит формально свободного рабочего в экономич. зависимость от капитала. Однако при попытках трудящихся выступить против системы капиталистич. эксплуатации и закрепляющих ее политич. и правовых порядков в ход немедленно пускается открытое, насильств. подавление. Удерживать в повиновении эксплуатируемых бурж. Г. приходится в условиях большей сознательности и организованности трудящихся масс. Отсюда - вынужденное сочетание двух методов отстаивания господства буржуазии: метода насилия и метода уступок, реформ, а также идеологич. воздействия. Уже на первом этапе своего существования, в период победы и утверждения капитализма, бурж. Г. представляло собой большой и сложный механизм, в основу к-рого лег старый чиновничий и воен. аппарат абсолютистского Г. В ходе завоевания власти буржуазия не сломала этот аппарат, а поставила его себе на службу и усовершенствовала (этот процесс на примере Франции показал К. Маркс в "Восемнадцатом брюмера Луи Бонапарта"). Значит. воен.-бюрократия, аппарата в тот период не было лишь в США и Англии, где буржуазия чувствовала себя достаточно прочно как вовне, так и внутри страны. В механизме бурж. Г. большая роль отводилась парламентам (см. Парламентаризм), к-рые использовались буржуазией не только для создания иллюзии народовластия, но и для контроля над гос. аппаратом, в к-ром сохранялось немало феод. наслоений (особенно при конституц. монархии). В период империализма и особенно общего кризиса капитализма в бурж. Г. происходят изменения. Аппарат бурж. Г. достигает колоссальных размеров. Это обусловлено: неизмеримо возросшим уровнем клас. борьбы, когда буржуазия вынуждена все время усиливать государственную машину и особенно органы пепосредств. подавления (полиция, органы сыска, армия и т. п.), милитаризацией, ростом гос. вмешательства в процессы произ-ва, обмена и распределения, что не было характерным для бурж. Г. предшеств. периода. Бурж. гос. машина вырастает гл. обр. за счет воен.-бюрократия, аппарата, наличие к-рого характерно для всех империалистич. Г. В частности, Англия и США в период империализма не только скатились в "... болото бюрократически-военных учреждений, все себе подчиняющих, все собой подавляющих" (там же, с. 387), но и вышли в этом отношении, особенно США, на первый план в капиталистич. мире. На стадии империализма широкое развитие получает государственно-монополистический капитализм, сущность к-рого состоит в активном использовании монополиями подчиненного им гос. аппарата. Гос.-монополистич. капитализм соединяет в единый механизм силу монополий с силой Г. Оно выступает теперь не только в качестве стража общих условий системы капиталистич. эксплуатации, но и оказывается непосредств. участником процесса произ-ва, обращения и распределения ´(правительств, потребление продукций монополий, рост гос.-капиталистич. собственности, перерас- пределение нац. дохода в интересах монополий). В результате личной унии (замещение важнейших гос. постов непосредственно монополистами) и др. способов непосредств. подчинения монополиям гос. аппарата он оказывается неразрывно связанным со структурой монополистич. капитализма. Бурж. Г. стало комитетом по управлению делами монополистич. буржуазии, к-рая, полностью захватив осн. материальные средства, не делит ни с кем политич. власть. В период империализма происходит падение роли парламента в механизме бурж. Г. На первом этапе существования бурж. Г. буржуазия с помощью цензовых рогаток обезопасила себя от участия в парламенте левых сил; в результате упорной борьбы пролетариат расширил рамки избират. права, научился использовать парламентаризм для защиты интересов трудящихся. Даже в тех странах, где монополистич. капиталу удалось закрыть двери парламента для представительства трудящихся, в нем возможна оппозиция линии финанс. олигархии, когда ее интересы не совпадают с интересами др. слоев буржуазии. В силу этих причин происходит умаление роли парламента в механизме бурж. Г. и усиление за его счет исполнит, власти, правительства, более гибкого и менее гласного органа, опирающегося на бюрократич. чиновничий аппарат. Это особенно характерно для нового периода общего кризиса капитализма, когда у пролетариата появляется возможность использовать парламент для мирного осуществления социалистич. революции. Империалистич. буржуазия стремится осуществить поворот от бурж.-демократич. методов управления к политич. реакции, разорвать рамки законности, установить фаш. и профаш. диктаторские режимы, т. е. укрепить пошатнувшиеся устои капитализма методами террора и насилия. В ряде стран усиливается процесс фашизации в новых формах: диктаторские методы управления сочетаются с фикцией парламентаризма, лишенного демократического содержания и сведенного к чистой формальности; идет наступление на демократические права и свободы. Внеш. функция империалистич. Г. диктуется стремлением монополистич. капитала к экспансии, захватам рынков и источников сырья, борьбой за передел мира, уже поделенного в предшеств. период. Империалистич. Г. ввергли человечество в две опустошит, мировые войны. Для империалистич. Г. характерно экономич. закабаление более сильными Г. (прежде всего США) более слабых, за к-рым следует политич. ивоен.-стратегич. подчинение (строительство воен. баз и размещение во-оруж. сил); господств, буржуазия ряда капиталистич. Г., вступив в союз с амер. империализмом, приносит в жертву суверенитет своих Г. Внеш. функция капиталистич. Г. находит свое яркое выражение в борьбе против социалистич. Г., в подавлении нац.-освободит. движения. Бурж. Г. периода империализма и общего кризиса капитализма превратилось в реакц. силу, пытающуюся увековечить изжившие себя капиталистич. обществ. отношения. Видя в Г. гл. опору сохранения своего господства, буржуазия пытается посеять в сознании масс ложные представления о его сущности и роли. Поскольку в ходе ист. развития бурш. Г. выявило перед трудящимися свое подлинное лицо, совр. бурж. и реформистские идеологи широко прибегают к тезису о "трансформации" этого Г., подобно тезису о перерастании капитализма в новый, "народный капитализм". Признается, напр., что в прошлом бурж. Г. представляло собой не управление народа, а управление народом; но ныне, по утверждению этих идеологов (франц. бурж. государствоведы Ж. Бюрдо, М. Дюверже и др.), гос. власть в бурж. странах в результате всеобщего избират. права превратилась якобы в "народное правление", "чистую демократию" (хотя в действительности массы по-прежнему отстранены от управления Г.). Бурш.-реформистская теория "Государства всеобщего благоденствия", ссылаясь на возросшее вмешательство бурж. Г. в хоз. жизнь, утверждает, что если в прошлом оно "не мешало" капиталистич. эксплуатации, то ныне позиция Г. изменилась; оно стало якобы не только "примирителем классов", но и видит свою цель в уменьшении социального неравенства и защите неимущих классов (амер. бурж. проф. В. Мунд, Д. Белл, австр. правый социалист Ф. Кленнер, амер. ревизионист А. Биттелмен и мн. др.). В действительности вмешательство бурж. Г., подчиненного монополиям, в экономич. жизнь направлено на обеспечение интересов этих монополий (см. Государственно-монополистический капитализм), а отд. социально-экономич. завоевания трудящихся есть результат их ожесточенной клас. борьбы, а не продукт доброй воли бурш. Г. Провозглашение совр. бурж. Г. "Г. благоденствия" часто сочетается с провозглашением его и "правовым Г." (О. Кельрейттер и мн. др. зап.-герм, государствоведы); этим лозунгом пытаются прикрыть всевластие огромного полицейско-бюрократич. аппарата, отход империалистич. Г. от принципов демократии и законности. Утверждение, что буржуазное Г. из орудия власти капитала якобы превратилось ныне в самостоятельную, балансирующую над классами силу, ограничивающую и рабочий класс, и капитал, характерно и для ряда ревизионистских авторов. Г. в странах, освободившихся от колониальной зависимости, имеет существ, отличит, черты. Превращение в колонии или полуколонии мн. стран Азии, Африки и Лат. Америки повлекло за собой и лишение этих стран государственности, гос. суверенитета (или существ, ограничение его). Крушение системы колониализма под натиском национально-освободительного движения, происходящее в период общего кризиса капитализма, сопровождается рождением новых, суверенных Г. Только за 1945-62 в Азии и Африке возникло свыше 40 новых суверенных Г. Большинство стран, освободившихся от колониальной зависимости, еще не вырвалось из мирового капиталистического хозяйства, хотя и занимает там особое место; это - все еще эксплуатируемая капиталистич. монополиями часть мира. Вместе с тем многие из них отличает антиимпериалистический характер, деятельность, направленная на ликвидацию последствий колониального гнета, значительная активность освобожденных от политического бесправия масс. С точки зрения гос. форм большинство новых суверенных Г. - республики. Однако нек-рые Г. являются конституц. монархиями (напр., Ливия, Марокко и др.). В новых конституциях большинства Г. провозглашаются осн. демократич. права и свободы граждан, а также всеобщее избират. право. Создаются новые органы гос. власти и управления. Проблема создания нового нац. гос. аппарата, призванного заменить старый аппарат колониальной администрации, является одной из сложных проблем, стоящих перед мн. молодыми Г. Молодые Г. играют активную роль в создании нац. экономики. Это одна из важных внутр. функций, находящая выражение в создании гос. сектора в нар. х-ве, в разработке и осуществлении планов и программ экономич. развития. Осн. чертами, характеризующими внеш. функцию новых Г., являются борьба за мир и мирное сосуществование, укрепление междунар. сотрудничества в интересах полной и окончат, ликвидации колониализма. Нац. Г. все активнее выступают в качестве самостоят. силы на мировой арене, причем объективно это - в осн. сила прогрессивная, революционная и антиимпериалистическая. Суверенные Г., образовавшиеся в результате освобождения от колониальной зависимости, не однородны. В их экономич. политике, в отношении к империализму, в политич. ориентации имеются существ, различия. Кроме того, наряду с суверенными миролюбивыми Г. существуют Г., правящие круги к-рых пошли на серьезнее ограничение нац. суверенитета. Это выразилось в их участии в агрессивных блоках, в создании марионеточных режимов, фактически подчиненных империалистич. Г. В таких странах, где правящие круги проводят реакц. антинац. политику, как правило, происходит переход к диктаторским методам управления, возрастает, в частности, роль воен.-полицейского аппарата. Демократич. институты и права или открыто ликвидируются, или сохраняются чисто фиктивно. Различия в отношении к империализму во внутр. и внеш. политике отд. гос-в объясняются прежде всего разной клас. природой гос. власти. Наиболее склонны к капитуляции перед империализмом режимы, представляющие феод. и компрадорские элементы. В нек-рых случаях и нац. буржуазия, оказавшись у власти, изменяет общенац. интересам. С наибольшей последовательностью курс на укрепление нац. независимости проводится в гос-вах, где народные массы добиваются возможности воздействовать на жизнь государства. Перед всеми освободившимися или освобождающимися от колониализма странами стоит одна общая коренная проблема: по какому пути - капиталистическому или некапиталистическому - пойдут они в своем развитии. Странам, освободившимся от колониальной зависимости, в совр. условиях открыта благоприятная возможность образовать Г. нац. демократии, к-рое способно создать особо благоприятные условия для некапиталистич. развития. Политич. основа Г. нац. демократии - блок всех прогрессивных, патриотич. сил, борющихся за полную нац. независимость, за широкую демократию, за доведение до конца антиимпериалистической, антифеодальной, демократической революции. Социалистическое Г. В результате социалистич. революции на смену эксплуататорскому Г. приходит новый, высший тип - социалистич. Г. Впервые в истории такое Г. возникло в России в результате Вел. Окт. социалистич. революции 1917. В результате нар.-демократич. и нац.- освободит. революций, развернувшихся в ходе и после 2-й мировой войны, возник ряд новых социалистич. Г. Значительно раньше в др. ист. условиях образовалась Монг. Нар. Республика. После 2-й мировой войны социализм превратился в мировую систему. Возникновение социалистич. Г. - закономерный и необходимый результат социалистич. революции. Революция свергает господство эксплуататорского меньшинства и превращает рабочий класс в политич. руководителя общества. Создаваемое им социалистич. Г. охраняет завоевания революции от нападений внутр. и междунар. реакции и осуществляет творческую программу строительства социализма и коммунизма. По своей клас. сущности социалистич. Г., возникающее в результате революции, является Г. диктатуры пролетариата. Оно остается таковым в течение всего переходного от капитализма к социализму периода. Победа пролетариата в революции не приводит тотчас и автоматически к устранению эксплуататорских классов и клас. борьбы. Свергнутые эксплуататорские классы стремятся использовать все средства (и, в частности, помощь внеш. контрреволюции) для того, чтобы отстоять свое существование и помешать успешному социалистич. строительству. В силу этих причин руководящая роль пролетариата в социалистич. преобразовании общества неизбежно принимает форму диктатуры пролетариата, к-рая, в свою очередь, выступает как гос. руководство обществом. Проводимая политич. властью пролетариата гигантская хоз.-организаторская и культурно-воспитат. работа, распространение социалистич. демократии на самые широкие слои населения оказываются неразрывно связанными с задачей подавления и ликвидации свергнутых и сопротивляющихся эксплуататорских классов. Социалистич. Г. уже на этой стадии развития, т. е. выступая как Г. диктатуры пролетариата, коренным образом отличается от эксплуататорских типов Г. Во-первых, оно является орудием господства возглавляемого рабочим классом трудящегося большинства над эксплуататорским меньшинством и, во-вторых, оно преследует цели не увековечивания господства одного класса над другим, а построения нового социалистич. общества. В. И. Ленин указывал в этой связи, что в переходный от капитализма период Г. как особая машина для подавления еще необходимо, но это уже "... переходное государство,... уже не государство в собственном смысле, ибо подавление меньшинства эксплуататоров... совместимо с распространением демократии на такое подавляющее большинство населения, что надобность в особой машине для подавления начинает исчезать" (Соч., т. 25, с. 435). Представители антикоммунизма, пытаясь исказить сущность Г. диктатуры пролетариата, утверждают, что поскольку после победы социалистич. революции в России и ряде др. стран пролетариат не составлял в ни

Мы уже говорили, что в свое время были сделаны попытки определить абсолютную скорость движения Земли сквозь воображаемый «эфир», который, как думали тогда, пропитывает собой все пространство. Самый известный из таких опытов проделали в 1887 г. Майкельсон и Морли. Но только через 18 лет отрицательные результаты их опыта объяснил Эйнштейн.

Для опыта Майкельсона — Морли использовался прибор, схема которого показана на фиг. 15.2. Главные части прибора: источник света А, посеребренная полупрозрачная стеклянная пластинка В, два зеркала С и Е. Все это жестко укрепляется на тяжелой плите. Зеркала С и Е размещены были на одинаковом расстоянии L от пластинки В. Пластинка В расщепляет падающий пучок света на два, перпендикулярных один к другому; они направляются на зеркала и отражаются обратно на пластинку В. Пройдя снова сквозь пластинку В, оба пучка накладываются друг на друга (D и F). Если время прохождения света от В до Е и обратно равно времени прохождения от В до С и обратно, то возникающие пучки D и F окажутся в фазе и усилятся взаимно; если же эти времена хоть немного отличаются, то в пучках возникает сдвиг по фазе и, как следствие,— интерференция. Если прибор в эфире «покоится», то времена в точности равны, а если он движется направо со скоростью и, то появится разница во времени. Давайте посмотрим, почему.

Сначала подсчитаем время прохождения света от В к Е и обратно. Пусть время «туда» равно t 1 , а время «обратно» равно t 2 . Но пока свет движется от В до зеркала, сам прибор уйдет на расстояние ut 1 , так что свету придется пройти путь L + ut 1 со скоростью с. Этот путь можно поэтому обозначить и как ct 1 , следовательно,
ct 1 = L + ut 1 , или t 1 = l/(c - u)
(этот результат становится очевидным, если учесть, что скорость света по отношению к прибору есть с — u; тогда как раз время равно длине L, деленной на с — u). Точно так же можно рассчитать и t2. За это время пластинка В приблизится на расстояние ut 2 , так что свету на обратном пути придется пройти только L — ut 2 . Тогда
ct 2 = L -ut 2 , или t 2 = l/(c +u)
Общее же время равно
t 1 + t 2 = 2Lc/(c 2 - u 2);
удобнее это записать в виде

А теперь подсчитаем, сколько времени t 3 свет будет идти от пластинки В до зеркала С. Как и прежде, за время t 3 зеркало С сдвинется направо на расстояние ut 3 (до положения С), а свет пройдет по гипотенузе ВС расстояние ct 3 . Из прямоугольного треугольника следует
(ct 3) 2 = L 2 + (ut 3) 2 ,
или
L 2 = c 2 t 2 3 - u 2 t 2 3 = (c 2 - u 2)t 2 3 ,
откуда
t 3 = l/√(c 2 - u 2)

При обратной прогулке от точки С` свету приходится пройти то же расстояние; это видно из симметрии рисунка. Значит, и время возвращения то же (t 3), а общее время равно 2t 3 . Мы запишем его в виде

Теперь мы можем сравнить оба времени. Числители в (15.4) и (15.5) одинаковы — это время распространения света в покоящемся приборе. В знаменателях член u 2 /с 2 мал, если только и много меньше с. Знаменатели эти показывают, насколько изменяется время из-за движения прибора. Заметьте, что эти изменения неодинаковы — время прохождения света до С и обратно чуть меньше времени прохождения до Е и обратно. Они не совпадают, даже если расстояния от зеркал до В одинаковы. Остается только точно измерить эту разницу.

Здесь возникает одна техническая тонкость: а что если длины L не точно равны между собой? Ведь точного равенства все равно никогда не добьешься. В этом случае надо просто повернуть прибор на 90°, расположив ВС по движению, a BE — поперек. Различие в длинах тогда перестает играть роль, и остается только наблюдать за сдвигом интерференционных полос при повороте прибора.

Во время опыта Майкельсон и Морли расположили прибор так, что отрезок BE оказался параллельным движению Земли но орбите (в определенный час дня и ночи). Орбитальная скорость равна примерно 30 км/сек, и «снос эфира» в определенные часы дня или ночи и в определенное время года должен достигать этой величины. Прибор был достаточно чувствителен, чтобы заметить такое явление. Но никакого различия во временах обнаружено не было — скорость движения Земли сквозь эфир оказалось невозможно обнаружить. Результат опыта был нулевой.

Это было загадочно. Это настораживало. Первую плодотворную идею, как выйти из тупика, выдвинул Лоренц. Он допустил, что все материальные тела при движении сжимаются, но только в направлении движения. Таким образом, если длина покоящегося тела есть Lo, то длина тела, движущегося со скоростью u (назовем ее L || , где значок || показывает, что движение происходит вдоль длины тела), дается формулой

Если эту формулу применить к интерферометру Манкель-сона — Морли, то расстояние от В до С останется прежним, а расстояние от В до Е укоротится до L√(1 - u 2 /c 2). Таким образом, уравнение (15.5) не изменится, но L в уравнении (15.4) изменится в соответствии с (15.6). В результате мы получим

Сравнивая это с (15.5), мы видим, что теперь t 1 + t 2 = 2t 3 . Стало быть, если прибор действительно сокращается так, как мы предположили, то становится понятным, почему опыт Май-кельсона — Морли никакого эффекта не дал.

Хотя гипотеза сокращения успешно объясняла отрицательный итог опыта, она сама оказалась беззащитной перед обвинением, что ее единственная цель — избавиться от трудностей в объяснении опыта. Она была чересчур искусственной. Однако сходные трудности возникали и в других опытах по обнаружению эфирного ветра. В конце концов стало казаться, что природа вступила в «заговор» против человека, что она прибегла к конспирации и то и дело вводит какие-то новые явления, чтобы свести к нулю каждое явление, с помощью которого человек пытается измерить u.

И наконец, было признано (на это указал Пуанкаре), что полная конспирация — это и есть закон природы! Пуанкаре предположил, что в природе есть закон, заключающийся в том, что нельзя обнаружить эфирный ветер никаким способом, т. е. абсолютную скорость обнаружить невозможно.

Общий вид интерферометра в перспективе. Изображение из доклада А. Майкельсона по результатам его экспериментов, выполненных в 1881 г. Движение Земли вокруг Солнца и через эфир. Схема экспериментальной установки Иллюстрация экспериментальной установки

О́пыты Ма́йкельсона - класс физических экспериментов, исследующих зависимость скорости распространения света от направления. В настоящее время (2011 год) точность опытов позволяет найти относительные отклонения изотропности скорости света в единицы 10−16, однако на этом уровне отклонения не найдены. Опыты Майкельсона являются эмпирической основой принципа инвариантности скорости света, входящего в общую теорию относительности (ОТО) и специальную теорию относительности (СТО).

Теория

Вычисляем общее время t 1 {\displaystyle t_{1}} , используя сумму времен двух путей:

T 1 = L 1 c + v + L 1 c − v = {\displaystyle t_{1}={\frac {L_{1}}{c+v}}+{\frac {L_{1}}{c-v}}=} 2 c L 1 c 2 − v 2 = 2 L 1 c 1 1 − v 2 c 2 ≈ 2 L 1 c (1 + v 2 c 2) {\displaystyle {\frac {2cL_{1}}{c^{2}-v^{2}}}={\frac {2L_{1}}{c}}{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}\approx {\frac {2L_{1}}{c}}\left(1+{\frac {v^{2}}{c^{2}}}\right)}

Приближение связано с тем, что (v 2 / c 2) 1 {\displaystyle (v^{2}/c^{2})) когда берется скорость v {\displaystyle v} , что и у земли.

Скорость эфира c = ∥ v + v 1 ∥ {\displaystyle c=\|\mathbf {v} +\mathbf {v_{1}} \|} , а v 1 = ∥ v 1 ∥ {\displaystyle v_{1}=\|\mathbf {v_{1}} \|} - скорость волны в направлении зеркала.

C = ∥ v + v 1 ∥ = v 2 + v 1 2 {\displaystyle c=\|\mathbf {v} +\mathbf {v_{1}} \|={\sqrt {v^{2}+v_{1}^{2}}}} ; из этого следует, что: v 1 = c 2 − v 2 = c 1 − v 2 c 2 {\displaystyle v_{1}={\sqrt {c^{2}-v^{2}}}={{c}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}}

Принимая во внимание симметрию, мы можем теперь вычислить:

T 2 = 2 L 2 c 1 1 − v 2 c 2 ≈ 2 L 2 c (1 + v 2 2 c 2) {\displaystyle t_{2}={\frac {2L_{2}}{c}}{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\approx {\frac {2L_{2}}{c}}\left(1+{\frac {v^{2}}{2c^{2}}}\right)}

Разность фаз пропорциональна:

δ = c (t 2 − t 1) = 2 (L 2 1 − v 2 c 2 − L 1 1 − v 2 c 2) {\displaystyle \delta =c(t_{2}-t_{1})=2\left({{\frac {L_{2}}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}-{\frac {L_{1}}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)}

S = | δ + δ ′ | {\displaystyle S=|\delta +\delta ^{"}|} , где δ ′ {\displaystyle \delta ^{"}} пропорциональна разности фаз при повороте на π 2 {\displaystyle {\frac {\pi }{2}}} :

S = | 2 L 1 (1 1 − v 2 c 2 − 1 1 − v 2 c 2) + {\displaystyle S=|2L_{1}\left({{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}-{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)+} 2 L 2 (1 1 − v 2 c 2 − 1 1 − v 2 c 2) | ≈ (L 1 + L 2) v 2 c 2 {\displaystyle 2L_{2}\left({{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}-{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)|\approx (L_{1}+L_{2}){\frac {v^{2}}{c^{2}}}}

Было показано, что теория эфира подразумевает разность, поддающуюся количественной оценке, и обнаруживаемую соответствующими средствами (интерферометр Майкельсона - Морли).

История

Предыстория

Основная статья: Эфир (физика)

Теория распространения света как колебаний особой среды - светоносного эфира - появилась в XVII веке. В 1727 году английский астроном Джеймс Брэдли объяснил с её помощью аберрацию света. Предполагалось, что эфир неподвижен, но после опытов Физо возникло предположение, что эфир частично или полностью увлекается в ходе движения вещества.

В 1864 году Джеймс Максвелл поставил опыт с целью определить скорость Земли относительно эфира, однако позднее нашёл ошибку в своих выкладках и не стал публиковать результаты. Незадолго до смерти, в 1879 году, он написал другу письмо на эту тему, оно было посмертно опубликовано в журнале «Nature». В 1871-1872 годах Эйри провёл серию точных опытов с астрономическим источником света, сделав из них вывод о том, что орбитальное движение Земли полностью увлекает эфир.

Опыты Майкельсона

Вышеупомянутая публикация письма Максвелла заинтересовала американского физика Альберта Майкельсона. Около 1880 года он придумал оптический прибор исключительно высокой точности, который назвал интерферометром. Целью первого эксперимента (1881) было измерение зависимости скорости света от движения Земли относительно эфира. Результат первого эксперимента был отрицательным - смещения полос не совпадают по фазе с теоретическими, а колебания этих смещений только немного меньше теоретических. Статья о результатах опыта вызвала критику ведущего физика-теоретика Хендрика Лоренца, который указал, что теоретическая точность опыта была завышена.

Позже, в 1887 году, Майкельсон, совместно с Морли, провёл аналогичный, но существенно более точный эксперимент, известный как эксперимент Майкельсона - Морли и показавший, что наблюдаемое смещение несомненно меньше 1/20 теоретического и, вероятно, меньше 1/40. В теории неувлекаемого эфира смещение должно быть пропорционально квадрату скорости, поэтому результаты равносильны тому, что относительная скорость Земли в эфире меньше 1/6 её орбитальной скорости и несомненно меньше 1/4.

Под влиянием этих результатов Джордж Фитцджеральд и Лоренц выдвинули гипотезу о сокращении материальных тел в направлении движения в неподвижном и неувлекаемом эфире (1889).

Опыты Миллера

По мнению профессора Дэйтона К. Миллера (Кейсовская школа прикладных наук):

Можно полагать, что эксперимент лишь показал, что эфир в конкретной подвальной комнате увлекается в продольном направлении вместе с ней. Мы собираемся поэтому переместить аппарат на холм, чтобы посмотреть, не обнаружится ли там эффект.[источник не указан 1066 дней ]

К. Миллер с профессором Морли сконструировали интерферометр более чувствительный, чем примененный в первом эксперименте, с длиной оптического пути 65,3 м, эквивалентной примерно 130 млн длин волн. К. Миллер ожидал увидеть смещение в 1,1 полосы.

Осенью 1905 г. Морли и Миллер провели эксперимент на Евклидовых высотах в Кливленде, находящихся на высоте около 90 м над озером Эри и около 265 м выше уровня моря. В 1905-1906 гг. было сделано пять серий наблюдений, которые дали определённый положительный эффект - около 1/10 ожидаемого дрейфа.

В марте 1921 г. методика и аппарат были несколько изменены и получен результат в 10 км/с «эфирного ветра». Результаты были тщательно проверены на предмет возможного устранения погрешностей, связанных с магнитострикцией и тепловым излучением. Направление вращение аппарата не оказывало влияния на результат эксперимента.

Более поздние исследования результатов, полученных Д. Миллером, показали, что флуктуации, наблюдавшиеся им и интерпретированные как наличие «эфирного ветра», являются следствием статистических ошибок и неучёта температурных эффектов.

Опыты Кеннеди

Доктор Рой Кеннеди (Калифорнийский технологический институт) после публикаций результатов опыта Морли-Миллера видоизменяет опыт с целью проверки. Интерферометр помещается в металлический герметичный корпус, заполненный гелием под давлением 1 атм. Используя приспособление, способное различить очень малые смещения интерференционной картины, стало возможным сократить размер плеч до 4 м. Использовался поляризованный свет с целью исключить насколько возможно рассеяние света на зеркалах. Точность опыта соответствовала смещению полос на 2·10−3 их ширины. На этом аппарате скорость 10 км/с, полученная Миллером, давала бы сдвиг, соответствующий 8·10−3 длины волны зелёного цвета, что в четыре раза больше наименьшего определяемого значения. Эксперимент проводился в лаборатории Норман Бридж, в помещении с постоянной температурой, в различное время дня. Для проверки зависимости скорости эфирного ветра от высоты местности опыты проводились также на Маунт-Вилсон, в здании обсерватории. Эффект оказался не превышающим 1 км/с для эфирного ветра.

Теперь я хотел бы сделать несколько замечаний по поводу эксперимента Миллера. Я считаю, что существует серьёзная проблема, связанная с эффектом, периодическим для полного оборота аппарата, и сброшенная со счетов Миллером, подчеркивающим значение эффекта полупериода, т. е. повторяющегося при полуобороте аппарата, и касающаяся вопроса об эфирном ветре. Во многих случаях эффект полного периода значительно больше эффекта полупериода. По Миллеру эффект полного периода зависит от ширины полос и будет нулевым для неопределенно широких полос.

Хотя Миллер утверждает, что он смог исключить этот эффект в значительной степени в своих замерах в Кливленде, и это можно легко объяснить в эксперименте, я хотел бы более четко понять причины этого. Говоря в данный момент как приверженец теории относительности, я должен утверждать, что такого эффекта вовсе не существует. Действительно, поворот аппарата в целом, включая источник света, не дает какого-либо сдвига с точки зрения теории относительности. Никакого эффекта не должно быть, когда Земля и аппарат находятся в покое. По Эйнштейну такое же отсутствие эффекта должно наблюдаться для движущейся Земли. Эффект полного периода, таким образом, находится в противоречии с теорией относительности и имеет большое значение. Если затем Миллер обнаружил систематические эффекты, существование которых нельзя отрицать, важно также узнать причину эффекта полного периода.

Опыты Майкельсона и Гэля

Схема опыта Майкельсона-Гэля

В 1925 г. Майкельсон и Гэль у Клиринга в Иллинойсе уложили на земле водопроводные трубы в виде прямоугольника. Диаметр труб 30 см. Трубы AF и DE были направлены точно с запада на восток, EF, DA и CB - с севера на юг. Длины DE и AF составляли 613 м; EF, DA и CB - 339,5 м. Одним общим насосом, работающим в течение трех часов, можно откачать воздух до давления 1 см ртутного столба. Чтобы обнаружить смещение, Майкельсон сравнивает в поле зрительной трубы интерференционные полосы, получаемые при обегании большого и малого контура. Один пучок света шёл по часовой стрелке, другой против. Смещение полос, вызываемое вращением Земли, разные люди регистрировали в различные дни при полной перестановке зеркал. Всего было сделано 269 измерений. Теоретически предполагая эфир неподвижным, следует ожидать смещения полосы на 0,236±0,002. Обработка данных наблюдений дала смещение 0,230±0,005, таким образом подтвердив существование и величину эффекта Саньяка.

С. И. Вавилов в статье «Экспериментальные основания теории относительности» объясняет этот эффект так:

Ротационные опыты Саньяка и Майкельсона - Гэля в теории относительности (частной и общей) объясняются почти так же, как возможность обнаружения вращательного движения по проявлениям центробежных сил в механике. Это - естественное следствие теории относительности, не добавляющее ничего нового.

Современные варианты

В 1958 году в Колумбийском университете (США) был проведён ещё более точный эксперимент с использованием противонаправленных лучей двух мазеров, показавший неизменность частоты от движения Земли с точностью около 10−9 %.

Ещё более точные измерения в 1974 году довели чувствительность до 0,025 м/с. Современные варианты эксперимента Майкельсона используют оптические и криогенные[прояснить ] микроволновые резонаторы и позволяют обнаружить отклонение скорости света, если бы оно составляло несколько единиц на 10−16.

/ Новая папка_2 / Определение скорости света (2)

ИСТОРИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ СВЕТА

Скорость света в свободном пространстве (вакууме) – скорость распространения любых электромагнитных волн, в том числе и световых. Представляет собой предельную скорость распространения любых физических воздействий и инвариантна при переходе от одной системы отсчета к другой.

Скорость света в среде зависит от показателя преломления среды n, различного для разных частот излучения: с’() = c/n(). Эта зависимость приводит к отличию групповой скорости от фазовой скорости света в среде, если речь идет не о монохроматическом свете (для скорости света в вакууме эти величины совпадают. Экспериментально определяя с’, всегда измеряют групповую скорость света.

Впервые скорость света определил в 1676 году О. К. Рёмер по изменению промежутков времени между затмениями спутников Юпитера. В 1728 году её установил Дж. Брадлей, исходя из своих наблюдений аберрации света звезд. В 1849 году А. И. Л. Физо первым измерил скорость света по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы), так как показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, то наземные измерения дают величину весьма близкую к скорости.

В опыте Физо пучок света от источника света S, отраженный полупрозрачным зеркалом 3, периодически прерывался вращающимся зубчатым диском 2, проходил базу 4-1 (около 8 км) и, отразившись от зеркала 1, возвращался к диску. Попадая на зубец, свет не достигал наблюдателя, а попавший в

промежуток между зубцами свет можно было наблюдать через окуляр 4. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получил значение c = 313300 км/с.

В 1862 году Ж. Б. Л. Фуко реализовал высказанную в 1838 году идею Д. Арго, применив вместо зубчатого диска быстровращающееся зеркало (512 оборотов в секунду). Отражаясь от зеркала пучок света направлялся на базу и по возвращении вновь попадал на то же зеркало, успевшее повернуться на некоторый малый угол. При базе всего 20 м Фуко нашёл, что скорость света равна 298000 500 км/с. Схемы и основные идеи методов Физо и Фуко были многократно использованы в последующих работах по определению скорости света.

Определение скорости света методом вращающегося зеркала (Метод Фуко): S– источник света; R – быстровращающееся зеркало; C – неподвижное вогнутое зеркало, центр которого совпадает с осью вращения R (поэтому свет, отраженный C, всегда попадает обратно на R); M – полупрозрачное зеркало; L– объектив; E – окуляр; RC – точно измеренное расстояние (база). Пунктиром показаны положение R, изменившееся за время прохождения светом пути RC и обратно, и обратный ход пучка лучей через объектив L, который собирает отраженный пучок в точке S’, а не в точке S, как это было бы при неподвижном зеркале R. Скорость света устанавливается, измеряя смещение SS’.

Полученное А. Майкельсоном в1926 году значение c = 299796 4 км/с было тогда самым точным и вошло в интернациональные таблицы физических величин.

Измерение скорости света в 19 веке сыграли большую роль в физике, дополнительно подтвердив волновую теорию света. Выполненное Фуко в 1850 году сравнение скорости света одной и той же частоты в воздухе и воде показало, что скорость в воде u = c/n() в соответствии с предсказанием волновой теории. Была так же установлена связь оптики с теорией электромагнетизма: измеренная скорость света совпала со скоростью электромагнитных волн, вычисленной из отношения электромагнитных и электростатических единиц электрического заряда.

В современных измерениях скорости света используется модернизированный метод Физо с заменой зубчатого колеса на интерференционный или какой-либо другой модулятор света, полностью прерывающий или ослабляющий световой пучок. Приемником излучения служит фотоэлемент или фотоэлектрический умножитель. Применение лазера в качестве источника света, УЗ – модулятора со стабилизированной частотой и повышение точности измерения длины базы позволит снизить погрешности измерений и получить значение с = 299792,5 0,15 км/с. Помимо прямых измерения скорости света по времени прохождения известной базы, широко применяются косвенный методы, дающие большую точность.

Как можно более точное измерение величины с чрезвычайно важно не только в общетеоретическом плане и для определения значений других физических величин, но и для практических целей. К ним, в частности. Относится определение расстояний во времени прохождения радио- или световых сигналов в радиолокации, оптической локации, светодальнометрии и др.

Майкельсон и скорость света

Не так уж часто приходится человеку семидесяти с лишним лет возвращаться к работе, которой он занимался в молодости, чтобы попытаться уточнить результаты и без того весьма точных и надежных исследований, потому что все считают, что никто другой не сможет это сделать лучше его. Такая завидная возможность представилась Майкельсону.

В 1923 году Джордж Эллери Хэл, директор обсерватории Маунт-Вильсон, предложил Майкельсону приехать в Пасадену и провести новое определение скорости света. Майкельсон принял его предложение с восторгом. Он давно уже ждал случая уточнить результаты своего знаменитого измерения 1882 года. Он быстро собрался и выехал в Калифорнию, где организовал свой штаб у подножия горы Маунт-Вильсон.

Подготовка опыта велась с большой тщательностью. Было выбрано место для двух установок. Одна из них помещалась на уже знакомой ему вершине горы Маунт-Вильсон, а другая – на вершине горы Сан-Антонио, известной под прозвищем «Старая плешь», на высоте 5800 м над уровнем моря и на расстоянии 35 км от горы Маунт-Вильсон. Береговой и геодезической службе Соединенных Штатов было поручено точно измерить расстояние между двумя отражающими плоскостями – вращающимся призматическим зеркалом на Маунт-Вильсон и неподвижным зеркалом на Сан-Антонио. Возможная ошибка при измерении расстояния составляла одну семимиллионную, или долю сантиметра на 35 км. Вращающаяся призма из никелированной стали с восемью зеркальными поверхностями, отполированными с точностью до одной миллионной, была изготовлена для опыта бруклинской компанией «Сперри джироскоп компани», президент которой, инженер-изобретатель Эльмер А. Сперри, был другом Майкельсона. Кроме того, было изготовлено еще несколько стеклянных и стальных призм. Восьмиугольный высокоскоростной ротор делал до 528 оборотов в секунду. Он приводился в движение воздушной струей, и его скорость, как и в прошлых опытах, регулировалась при помощи электрического камертона. (Камертон используется не только музыкантами для определения высоты звука. С его помощью можно очень точно определять короткие равные отрезки времени. Можно создать инструмент с нужной частотой, который под действием электрического тока будет вибрировать, подобно электрическому звонку.)

Сперри также предложил своему другу усовершенствованный прожектор, работающий от сильной дуги, построенный им незадолго до этого для военных целей. Престон Р. Бассет, инженер, возглавлявший работу над прожектором и позднее ставший президентом компании, разработал для этого эксперимента специальный механизм с дуговой лампой и сам отвез его летом 1924 года в Калифорнию. Для участия в проведении опыта из Чикаго приехал Фред Пирсон.

Новое измерение скорости света

Майкельсон, подобно капитану на мостике корабля, с увлечением руководил подготовкой операции, вникая в каждую мелочь. Были приняты все возможные меры предосторожности, чтобы исключить или свести к минимуму погрешности. Ученый мир с интересом наблюдал за приготовлениями. Наконец все было готово, и свет от дуговой лампы был направлен к зеркалу на Сан-Антонио и отразился на вращающуюся призму на горе Маунт-Вильсон (рис. 12). Измерения проводились каждую ясную ночь с десяти часов вечера до полуночи, и каждая серия наблюдений продолжалась несколько недель. Результаты измерений ежедневно поступали в штаб Майкельсона в Пасадене.

Рис. 12. Усовершенствования, внесенные Майкельсоном в свою установку.Принцип остался тот же (основным изменением было увеличение пути светового луча).

Начиная с 1924 года и до начала 1927 года было проведено пять независимых серий наблюдений. Средний результат равнялся 299 798 км в секунду.

Но Майкельсон все еще не был вполне удовлетворен. Он надеялся, что, если увеличить длину пути светового луча и перенести опыт в другую местность, ему удастся получить еще более точное определение. В своем сообщении об опыте на горе Сан-Антонио он писал: «Успех измерений на расстоянии 22 миль, большинство из которых проводились не в самых благоприятных условиях (туман и дым от лесных пожаров), указывает на целесообразность проведения опыта на значительно большем расстоянии».

Для такого опыта он выбрал гору Сан-Хасинто, расположенную в 130 км от горы Маунт-Вильсон. Он даже провел предварительное испытание. Но свет от дуговой лампы на обратном пути так сильно ослаблялся дымом и туманом, что от этой идеи пришлось отказаться.

Майкельсон вернулся в Чикаго и в ноябре 1928 года поехал в Вашингтон на юбилейную научную конференцию в Национальном бюро стандартов. Она была созвана Оптическим обществом Америки в честь пятидесятилетия со времени опубликования первой работы Майкельсона (1878 год) о скорости света и в знак признания его огромных заслуг в области оптики. Эта конференция неофициально так и называлась – «майкельсоновская конференция», а сам Майкельсон, разумеется, был на ней почетным гостем.

Заключительная попытка

В следующем году у Майкельсона, которому было в то время семьдесят семь лет, произошло серьезное кровоизлияние в мозг. Он ушел в отставку из университета, много рисовал и ходил пешком, стараясь восстановить пошатнувшееся здоровье. Это было нелегко. Однако он не переставал мечтать о возвращении к исследованию скорости света; он надеялся, что, набравшись сил, проведет еще одно определение. Он вернулся к тому, с чего начинал более пятидесяти лет назад. Он лелеял мысль избавиться от помех в виде тумана, дыма и даже самой прозрачной атмосферы. Он хотел поставить опыт так, чтобы луч проходил через пустоту, если это будет возможно, через почти абсолютный вакуум.

И тут Майкельсон опять получил приглашение в Пасадену. «Хэл сказал, что Маунт-Вильсон и Калтеч – в моем распоряжении, – рассказывал он. – Искушение было слишком велико. Я поехал». Ему были предоставлены все необходимые средства и аппаратура. Фонд Рокфеллера выделил на проведение опыта 30 000 долларов, корпорация Карнеги – 27 500 долларов, а Чикагский университет – 10 000 долларов.

Местом для грандиозного опыта выбрали ранчо Ирвина неподалеку от города Санта Ана в Южной Калифорнии. Береговой и геодезической службе Соединенных Штатов опять было поручено измерение расстояния. Из листов рифленой стали были скатаны гигантские трубы. Состояли они из 18-метровых секций диаметром около метра, склепанных воедино. Получилась труба длиной более 1,5 км. Она обошлась в 50 тысяч долларов. В нее можно было проникнуть через четыре люка – два на концах и два в основной секции трубы. «Сперри джироскоп компани» опять изготовила вращающиеся стальные зеркала – с 8, 16 и 32 гранями. Кроме того, было изготовлено 32-гранное зеркало из первоклассного оптического стекла.

Трубу запаяли и специальными насосами несколько дней и ночей подряд откачивали из нее воздух, пока давление в трубе не опустилось до 0,5 мм рт. ст. (нормальное давление равно 760 мм рт. ст.). Источником света служила дуговая лампа. Многократно отражаясь, свет должен был пройти путь примерно 16 км. Впервые в истории измерение скорости света производилось почти в абсолютном вакууме.

Между тем здоровье Майкельсона оставляло желать лучшего. Он так и не смог оправиться настолько, чтобы собственноручно проводить измерения. Ими занимались Фрэнсис Г. Пиз и Фред Пирсон; они же и сводили воедино результаты. В течение 1930 года и начала 1931 года были проведены сотни наблюдений. Майкельсон руководил работами, лежа в постели. Один он никогда не справился бы с то и дело возникавшими проблемами, требующими немедленного разрешения. Каждый раз, когда что-то портилось в аппаратуре, приходилось пускать в трубу воздух, чтобы можно было туда проникнуть и исправить повреждение. А потом нужно было ждать сорок восемь часов, пока насосы снова откачают воздух. Тепловые волны искажали световое изображение, поэтому большую часть работы приходилось делать ночью, когда становилось прохладно.

В начале 1931 года, когда работа была еще далека от завершения, а Майкельсон как будто оправлялся от последствий болезни, в Пасадене проходила научная конференция, на которой присутствовал Эйнштейн и многие крупные ученые из разных стран. 15 января должен был состояться банкет в честь доктора Эйнштейна и его супруги. Майкельсон, конечно, тоже был приглашен. Чувствовал он себя тогда достаточно хорошо и был очень рад возможности присутствовать на этом торжественном собрании, которое состоялось в только что построенном великолепном здании Афиниума.

Эйнштейн произнес небольшую речь. Поблизости от него сидели крупнейшие ученые – Майкельсон, Милликен, Хэл и другие. «Я рад оказаться в обществе тех, – начал Эйнштейн, – которые в течение многих лет были мне верными товарищами в работе». Затем, повернувшись к Майкельсону, он продолжал: «Вы, уважаемый доктор Майкельсон, начали свои исследования, когда я был еще мальчишкой. Вы открыли физикам новые пути и своими замечательными экспериментами проложили дорогу для теории относительности. Вы вскрыли ошибочность эфирной теории света и стимулировали идеи Лоренца и Фитцджеральда, из которых развилась специальная теория относительности. Без вашей работы эта теория была бы и поныне лишь интересным предположением; она получила первое реальное подтверждение в ваших опытах».

Майкельсон был глубоко взволнован. Это была самая высокая похвала. Он встал, чтобы поблагодарить за столь щедрую оценку его заслуг. Майкельсон редко произносил речи, а когда ему случалось выступать, всегда говорил кратко и по существу. И на этот раз он не изменил себе. Он поблагодарил Эйнштейна от своего имени и от имени своего покойного сотрудника Эдуарда Морли, умершего восемь лет тому назад. Майкельсон никогда не забывал отдать должное своим сотрудникам и помощникам.

Это было последним публичным выступлением Майкельсона. Он попытался вернуться к работе, но 1 марта не смог встать с постели. Начался постепенный паралич, и он стал быстро слабеть. Между тем из Санта Ана поступали все новые данные. Собрав последние силы, Майкельсон медленно, но четко продиктовал Пизу вступление к статье, которая должна была подвести окончательный итог опытам. Эту статью следовало послать для опубликования в «Астрофизикал джорнал».

Состояние Майкельсона продолжало ухудшаться, но он отказывался признать, что серьезно болен. «Мое здоровье налаживается» – оптимистически писал он за сорок восемь часов до того, как впал в бессознательное состояние. Возле него находились жена, одна из дочерей и две сиделки. К ним присоединились Пиз и Пирсон. В двенадцать часов пятьдесят пять минут 9 мая 1931 года Майкельсон тихо скончался, не приходя в себя.

Пастор местной юнионистско-либеральной церкви отслужил у него в доме очень скромную и короткую службу. По просьбе вдовы Майкельсона сообщение о его смерти появилось в печати лишь после похорон. На похоронах присутствовали жена Майкельсона, Эдна, их три дочери – Мадлен, Дороти и Беатрис – и еще несколько родственников и ближайших друзей. Милликен, Хэл и Хэббл вынесли гроб к катафалку. Тело, согласно желанию Майкельсона, было кремировано, и прах развеян по ветру.

Ученые всего мира отмечали его заслуги перед наукой. Эйнштейн узнал о смерти Майкельсона в Англии, где он читал курс лекций в Оксфорде. «Доктор Майкельсон был одним из величайших художников в мире научного эксперимента» – сказал он.

Трое ближайших сотрудников Майкельсона по Чикагскому университету, – Форест Р. Моултон, Генри Дж. Гейл и Гарвей Б. Лемон, знавшие его в течение четверти века, писали в некрологе:

«Его жизнь была великолепным примером целеустремленности, неподвластной превратностям судьбы. Казалось, даже, силы любви, ненависти, ревности, зависти, тщеславия почти не задевали его. Поглощенный научными исследованиями, он в общем довольно безразлично относился к людям в целом, но тем не менее у него были преданные друзья, дружбу которых он бережно хранил... Основным содержанием и целью его жизни были научные занятия, эстетическое наслаждение, получаемое от работы... Ему была чужда спешка, суета. Его не бросало в жар при мысли, что для науки или всего человечества наступил решительный момент. Он не трепетал, стоя на пороге великого открытия...

Он был мягок и спокоен и лишен всякой аффектации, как море в солнечный день – безмятежное, необозримое, неизмеримое... Такой характер можно чувствовать, но нельзя анализировать. Майкельсон никому не открывал своей души, но все понимали, что в глубине ее таится многое, недоступное взорам. Очень мало людей знали его близко».

После смерти Майкельсона работы по измерению скорости света в вакуумной трубе длиной более 1,5 км продолжались еще почти два года. В 1933 году во время землетрясения в Лонг Бич установка оказалась разрушенной, но к этому времени все наблюдения были уже закончены. Всего было сделано 2885 определений. Средняя скорость света в вакууме оказалась равной 299 774 км в секунду. Эта цифра была на 24 км меньше цифры, найденной во время опытов на вершинах двух гор. Международный геофизический и геодезический союз и Международный научный союз по вопросам радио приняли значение скорости света, равное 299 792,5 км в секунду*. Эта цифра лежит в пределах экспериментальной ошибки определения Майкельсона.

Заглавие статьи, содержавшей сообщение о последнем опыте Майкельсона, перекликалось с заглавием его первой работы, опубликованной более чем за полвека до этого, когда он еще был лейтенантом Майкельсоном. Она называлась «О методе измерения скорости света». Последняя работа, озаглавленная «Измерение скорости света в частичном вакууме» , явилась завершением великого вклада Майкельсона в науку.

Продолжение поисков

В научных исследованиях не бывает последнего слова или окончательного решения. Если бы Майкельсон пришел сегодня в крупнейшие научные лаборатории мира, он обнаружил бы, что исследователи все еще бьются над теми же проблемами, которые пытались разрешить он и другие ученые его времени. Казавшиеся твердо установившимися научные идеи непрестанно ниспровергаются, заменяются, расширяются или дополняются. Так произошло с законами Ньютона, видоизмененными Эйнштейном. А как обстоит дело со скоростью света – этой постоянной, которую Майкельсон, казалось бы, изловил раз и навсегда? Относительно нее тоже существуют сомнения. Ученые снова и снова подступались к ней с новыми приборами и новыми методами. В 1939 году две группы исследователей – одна в Гарвардском университете, а другая в Германии, – использовав так называемый электронный световой затвор (ячейка Керра), получили несколько различные результаты: 299 798 км/сек в США и 299 799 км/сек в Германии. Два года спустя ученые национального бюро стандартов получили цифру 299 795 км/сек. В 1951 году капитан Береговой и геодезической службы США Карл И. Аслаксон при испытании радарной системы получил величину, равную 299 805 км/сек. Три года спустя группа английских ученых повторила его результат.

Было высказано предположение, что скорость света все же не является постоянной величиной. Некоторые ученые утверждают, что она изменилась, указывая на разницу в результатах измерений, проделанных до второй мировой войны и после нее с промежутком в десять лет. Она составляет приблизительно 16 км в секунду. Профессор Техасского технологического колледжа Дж.Х. Раш считает, что «к этому нельзя относиться с излишней легкостью и объяснять неизбежными техническими погрешностями». Раш считает, что «Новые измерения могут привести к новому открытию». И поиски продолжаются*.

А как обстоит дело с вопросом об эфире? В 1899 году Майкельсон коснулся этой проблемы в своих лоуэлловских лекциях. «Предположим, – сказал он, – что сжатие эфира соответствует электрическому заряду, смещение эфира – электрическому току, эфирные вихри – атомам; если мы продолжим эти предположения, то придем к выводу, который может явиться одним из величайших обобщений современной науки, – что все явления физической Вселенной суть лишь различные выражения многообразных видов движения одного всепроникающего вещества – эфира. Мне представляется, что недалек тот день, когда линии многих, казалось бы, отдаленных областей мысли, наконец, сойдутся на одной общей плоскости. Тогда и природа атома, и характер химической связи атомов, и взаимодействие между ними, и непрерывный эфир, заявляющий о себе через свет и электричество, и структура молекулы, и объяснение сцепления, упругости и притяжения – все это найдет свое место в единой и последовательной системе научного знания».

С тех пор прошло более шестидесяти лет, но пророчество Майкельсона все еще не осуществилось. Свет и другие виды электромагнитного излучения по-прежнему не нуждаются в какой-либо проводящей среде. Идея эфира окончательно отвергнута в значительной степени благодаря гению Майкельсона.

МАЙКЕЛЬСОНА ОПЫТ это:

МАЙКЕЛЬСОНА ОПЫТ МАЙКЕЛЬСОНА ОПЫТ
поставлен амер. физиком А. А. Майкельсоном (A. A. Michelson) в 1881 с целью измерения влияния движения Земли на скорость света. В физике кон. 19 в. предполагалось, что свет распространяется в нек-рой универсальной мировой среде - эфире. При этом ряд явлений (аберрация света, Физо опыт) приводил к заключению, что эфир неподвижен или частично увлекается телами при их движении. Согласно гипотезе неподвижного эфира, можно наблюдать «эфирный ветер» при движении Земли сквозь эфир и скорость света по отношению к Земле должна зависеть от направления светового луча относительно направления её движения в эфире. М. о. проводился с помощью интерферометра Майкельсона с равными плечами, одним - по движению Земли, другим - перпендикулярно к нему. Если эфир неподвижен, то при повороте прибора на 90° разность хода лучей должна менять знак и интерференц. картина - смещаться. Однако смешение интерференц. картины не было обнаружено, т. е. М. о. дал отрицательный результат. В 1885-87 опыты Майкельсона и амер. физика Э. У. Морли с большой точностью подтвердили. результат первонач. М. о. В 1964 амер. физики в модифицир. форме повторили М. о., использовав в качестве источников света два одинаковых гелий-неоновых лазера, обладающих очень высокой степенью монохроматичности и пространств. когерентности, и с ещё большей точностью получили отрицат. результат. В классич. физике отрицат. результат М. о. не мог быть понят и согласован с др. явлениями электродинамики движущихся сред. В теории относительности постоянство скорости света для всех инерциальных систем отсчёта принимается как постулат, подтверждаемый большой совокупностью экспериментов.

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

МАЙКЕЛЬСОНА ОПЫТ

Опыт, поставленный впервые А. Майкельсоиом (A. Michelson) в 1881 с целью измерения влияния движения Земли на скорость света. Отрицат. результат был одним из осн. эксперим. фактов, к-рые легли в основу относительности теории.

В физике кон. 19 в. предполагалось, что свет распространяется в нек-рой универсальной мировой среде - эфире. При этом ряд явлений (аберрация света, Физо опыт )приводил к заключению, что эфир неподвижен или частично увлекается телами при их движении. Согласно гипотезе неподвижного эфира, можно наблюдать "эфирный ветер" при движении Земли сквозь эфир и скорость света по отношению к Земле должна зависеть от направления светового луча относительно направления её движения в эфире.

M. о. проводился с помощью интерферометра Майкельсона с равными плечами; одно плечо направлялось по движению Земли, другое - перпендикулярно к нему. При повороте всего прибора на 90° разность хода лучей должна менять знак, вследствие чего должна смещаться интерференц. картина. Расчёт показывает, что такое смещение, выраженное в долях ширины интерференц. полосы, равно , где Z - длина плеча интерферометра, - длина волны применявшегося света (жёлтая линия Na), с - скорость света в эфире, v - орбитальная скорость Земли. T. к. величина для орбитального движения Земли порядка 10-4, то ожидавшееся смещение очень мало и в первом M. о. составляло всего 0,04. Тем не менее уже на основе этого опыта Майкельсон пришёл к убеждению о неверности гипотезы неподвижного эфира.

В дальнейшем M.о. неоднократно повторялся. В опытах Майкельсона и Э. У. Морли (E. W. Morley; 1885-87) интерферометр устанавливался на массивной плите, плавающей в ртути (для плавного вращения). Оптич. длина пути с помощью многократных отражений от зеркал была доведена до 11 м. При этом ожидавшееся смещение Измерения подтвердили OT-рицат. результат M. о. В 1958 в Колумбийском ун-те (США) было ещё раз продемонстрировано отсутствие неподвижного эфира. Пучки излучения двух одинаковых квантовых генераторов микроволн (мазеров) направлялись в противоположные стороны - по движению Земли и против движения - и сравнивались их частоты. С огромной точностью (~ 10-9 %) было установлено, что частоты остаются одинаковыми, в то время как "эфирный ветер" привёл бы к появлению различия этих частот на величину, почти в 500 раз превосходящую точность измерений.

В классич. физике отрицат. результат M. о. не мог быть понят и согласован с др. явлениями электродинамики движущихся сред. В теории относительности постоянство скорости света для всех инерциалъных систем отсчёта принимается как постулат, подтверждаемый большой совокупностью экспериментов.

Лит.: Вавилов С. И., Экспериментальные основания теории относительности, Собр. соч., т. 4, M., 1956; Эйнштейновский сборник, 1980 - 1981, M., 1985. E. К. Тарасов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Майкельсон, Альберт Абрахам

Дата рождения: Место рождения: Дата смерти: Место смерти: Страна: Научная сфера: Место работы: Учёное звание: Альма-матер: Научный руководитель: Награды и премии: Подпись:

Альберт Абрахам Майкельсон

Albert Abraham Michelson

Стрельно, Пруссия

Пасадина, Калифорния, США

США Польша

физик, астроном

Западный резервный университет Кейза Чикагский университет Университет Кларк[d]

член-корреспондент АН СССР

Военно-морская академия США

Герман Гельмгольц

Премия Румфорда (1888) Медаль Маттеуччи (1903) Нобелевская премия по физике (1907) Медаль Копли (1907) Медаль Эллиота Крессона (1912) Медаль Генри Дрейпера (1916) Медаль Альберта (Королевское общество искусств) (1920) Медаль и премия Гутри (1921) Премия Жюля Жансена (1922) Медаль Франклина (1923) Золотая медаль Королевского астрономического общества (1923) Медаль и премия Дадделла (1929)

Альберт Абрахам Майкельсон на Викискладе

Альберт Абрахам Майкельсон (англ. Albert Abraham Michelson ; 19 декабря 1852, Стрельно, Пруссия - 9 мая 1931, Пасадина, США) - американский физик, известен изобретением названного его именем интерферометра Майкельсона и прецизионными измерениями скорости света. В 1907 году стал лауреатом Нобелевской премии по физике «за создание точных оптических инструментов и спектроскопических и метрологических исследований, выполненных с их помощью».

Биография

Альберт Абрахам Майкельсон

Родился одним из шестерых детей в еврейской семье, в польской части Прусского королевства. Его отец, Самуил Михельзон, был занят в торговле; мать - Розалия Михельзон (урождённая Прилубская), была дочерью Абрама Прилубского из Иновроцлава.. Когда мальчику было два года (1855), его родители эмигрировали в Нью-Йорк (США), где их фамилия стала произноситься как «Майкельсон». Оттуда семья перебралась на запад страны, сначала жила в шахтёрских поселениях Мэрфис (в Калифорнии) и в Вирджиния-Сити (Невада), где отец развил успешный бизнес по торговле сухофруктами. В школьные годы Альберт Майкельсон жил в Сан-Франциско, в семье тёти - Генриетты Леви (матери писательницы Хэрриет Лэйн Леви, двоюродной сестры учёного).

В 1869 году Майкельсон приступил к обучению в Военно-морской академии США в Аннаполисе. В 1873 году завершил обучение. С самого начала своего обучения Майкельсон очень интересовался наукой и в особенности проблемой измерения скорости света. После продолжения, в течение двух лет, обучения в Европе, он уходит с военной службы. В 1883 году становится профессором физики в школе прикладных наук в Кливленде и сосредотачивается на разработке улучшенного интерферометра.

После 1889 года работает профессором в Университете Кларка в Вустере. В 1892 году становится профессором и руководителем физического отделения новооснованного Чикагского университета. В 1907 году Майкельсон становится первым американцем, получившим Нобелевскую премию по физике. В этом же году за выдающиеся достижения в экспериментальной физике Майкельсон получил также медаль Копли.

Скорость света

Первые измерения

Уже в 1877 году, в бытность свою офицером ВМС США, Майкельсон начинает усовершенствовать метод измерения скорости света при помощи вращающегося зеркала, предложенного Леоном Фуко. Идеей Майкельсона было применить лучшую оптику и более длинную дистанцию. В 1878 году он произвёл первые измерения на довольно кустарной установке. Эта работа привлекла внимание Саймона Ньюкома - директора Nautical Almanac Office, который также планировал заняться подобными экспериментами. Майкельсон опубликовал свой результат 299 910±50 км/с в 1879 году После этого он переехал в Вашингтон (США), чтобы помочь в проведении опытов Саймона Ньюкома. Так началась дружба и сотрудничество между двумя учёными.

Ньюком получил в своих опытах, которые лучше финансировались, значение скорости света 299 860±30 км/с, которое совпадало в пределах ошибок измерений со значением Майкельсона. Майкельсон и далее усовершенствовал свой метод; он опубликовал в 1883 году значение 299 853±60 км/с.

Маунт-Вильсон и время до 1926 года

В 1906 году Е. Б. Роза и Н. Е. Дорси измерили скорость света при помощи нового, электрического метода. В их экспериментах они получили значение 299 781±10 км/с.

После 1920 года Майкельсон приступил к «финальному» измерению скорости света в обсерватории Маунт-Вильсон, причём базой для измерения служила дистанция длиной 22 мили - до горы Лукаут, находящейся на южной стороне горы Сан-Антонио.

В 1922 году береговая и геодезическая комиссия США приступила к тщательному измерению этой дистанции при помощи недавно изобретённых инвар-лент, которое длилось два года. В 1924 году, когда длина была измерена с точностью 10−6, приступили к измерению скорости света, которое тоже длилось два года и дало значение скорости света 299 796±4 км/с.

Этот знаменитый эксперимент известен также проблемами, возникавшими при его проведении. Например большой проблемой были лесные пожары, дым от которых приводил к помутнению зеркал. Также вполне возможно, что в геодезические измерения, проведённые с такой огромной точностью, была внесена ошибка за счёт смещения базы, произошедшего при землетрясении в Санта-Барбаре, произошедшем 29 июня 1925 года и имевшем магнитуду 6,3 по шкале Рихтера.

Майкельсон, Пиз и Пирсон в 1932 году

После 1927 года появилось множество измерений скорости света при помощи новых, электро-оптических методов, которые дали существенно меньшие значения скорости света, чем определённое Майкельсоном оптическим методом в 1926 году.

Майкельсон продолжал искать метод измерения, который бы исключил влияние атмосферных возмущений. В 1930 году он приступил, совместно с Фрэнсисом Пизом и Фредом Пирсоном, к измерению скорости света в вакуумированных трубах длиной 1,6 км. Майкельсон умер после 36-го из всего 233 проведённых измерений. Проведению эксперимента мешали в основном геологические нестабильности и конденсация в трубах. В конце концов, эксперименты дали значение 299 774±11 км/с, совпадавшее с результатами электро-оптических методов.

Интерферометрия

В 1881 году Майкельсон провёл физический опыт (опыт Майкельсона) на своём интерферометре с целью измерения зависимости скорости света от движения Земли. Результат эксперимента был отрицательный - скорость света никак не зависела от скорости движения Земли и от направления измеряемой скорости.

В 1887 году Майкельсон, совместно с Э. У. Морли, провёл эксперимент, известный как эксперимент Майкельсона-Морли. В этом эксперименте определялась скорость движения Земли относительно эфира. Вопреки ожиданию, в эксперименте (как и в его более поздних и более прецизионных модификациях, проводящихся до настоящего времени) не обнаружилось движения Земли относительно эфира . Эйнштейн в своей первой статье по теории относительности упоминает «неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно „светоносной среды“» и на этой основе строит новую универсальную кинематику (уже не только для электромагнитных явлений). Опыт Майкельсона стал основанием и первым экспериментальным подтверждением теории относительности.

В 1920 году Майкельсон провёл эксперимент по измерению углового размера звёзд. Для этого он использовал интерферометр с длиной плеч 6 м. Свет от интерферометра посылался при помощи зеркал на вход 254-сантиметрового телескопа. В телескопе при этом наблюдалась система полос. При удлинении плеч интерферометра полосы исчезали. Из расстояния между зеркалами интерферометра можно было определить угловой размер звезды, а при известном расстоянии до звезды - также её диаметр. Майкельсон определил таким образом диаметр звезды Бетельгейзе.

Память

В 1970 г. Международный астрономический союз присвоил имя Майкельсона кратеру на обратной стороне Луны. В его честь названа медаль Альберта Майкельсона присуждаемая Институтом Франклина.

Библиография

• А. А. Майкельсон, «Исследование по оптике», Издательство УРСС, Москва, 2004. ISBN 5-354-00945-6
• Альберт А.Майкельсон, магистр, ВМФ США «Относительное движение Земли и светоносный эфир» (1881 г.). (The relative motion of the Earth and the Luminiferous ether. Albert A. Michelson, Master, U.S.Navy) //The American Journal of Science. 1881. III series. Vol XXII, No. 128. P. 120-129. Перевод с англ. Л. С. Князевой.
• Альберт А.Майкельсон, Эдвард В.Морли «Об относительном движении Земли и светоносном эфире» (1887 г.) (The relative motion of the Earth and the Luminiferous ether. Albert A. Michelson, Master, U.S.Navy) //The American Journal of Science. 1881. III series. Vol XXII, No. 128. P. 120-129. Перевод с англ. Л. С. Княэевой.
• А. А. Майкельсон. «Влияние вращения Земли на скорость света. Часть I» (1925 г.) (The effect of the earth’s rotation on the velocity of light. Part. 1. A.A.Michelson) // The Astrophys. J. April 1925. Vol. LXI. № 5. P. 137-139. Перевод с англ. Л. С. Княэевой.
• А. А. Майкельсон, Генри Г.Гель, При участии Фреда Пирсона. «Влияние вращения Земли на скорость света. Часть II». (1925 г.) (The effect of the earth’s rotation on the velocity of light. Part II. A.A.Michelson, Henry G.Gale. Assisted by Fred Pearson) // The Astrophysical J. April 1925. Vol LXI. № 5. P. 140-145. Перевод с англ. Л. С. Князевой.
• Конференция по эксперименту Майкельсона-Морли, состоявшаяся в обсерватории Маунт Вилсон, г. Пасадена, Калифорния, 4 и 5 февраля 1927 г. (Conference on the Michelson-Morley experiment. Held at the Mount Wilson Observatory, Pasadena, California, February 4 and 5, 1927) //The Astrophysical Journal. December 1928. Vol. LXVIII, No. 5. P. 341-402. Перевод с англ. В. А. Ацюковского и Л. С. Князевой.
• А. А. Майкельсон, Ф. Г. Пис и Ф.Пирсон. «Повторение эксперимента Майкельсона-Морли» (1929 г.) (Repetition of the Michelson-Morley experiment. By F.F.Micheson, F.G.Pease and F.Pearson) //Optical Society of America. Journal of the Optical Society of America and Review of Scientific Instumcnts. March 1929. Vol 18, No 3. P. 181-182. Перевод с англ. В. А. Ацюковского.

Гипотеза мирового эфира. Опыты Майкельсона и Морли

Правильные уравнения электродинамики К.Максвелл нашел, опираясь на отжившее в конце концов представление об эфире. Все известные в те времена волны могли распространяться только в различных средах, поэтому не только Максвелл, но и все физики считали, что электромагнитная волна - это упругие колебания некой легчайшей, всепроникающей среды. Эту среду называли мировым эфиром. Поскольку электромагнитная волна является поперечной волной, приходилось считать, что эфир является твердым.

Известный экспериментатор А.Майкельсон (см. интерферометр Майкельсона) решился на попытку экспериментально зарегистрировать факт существования эфира и измерить скорость пролета Земли сквозь эфир. Для этой цели он использовал свой интерферометр. Вспомним, как он устроен. Параллельный пучок света падает на полупрозрачную пластику П , ориентированную под углом 450 к пучку. Часть света проходит дальше, а часть отражается. Отразившийся свет падает на зеркало З1 и, возвратившись, проходит полупрозрачную пластинку на экран Э . Пучок, прошедший же сквозь пластинку, при первом проходе падает на другое зеркало З2 и, возвратившись, отражается от полупрозрачной пластинки на экран. Наложение двух прошедших разные пути пучков дает интерференционную картину. Малое отличие угла между зеркалами от 900 приводит к тому, что интерференционная картина представляет собой систему интерференционных полос.

Интерферометр выстраивался вдоль предполагаемой скорости Земли относительно эфира. Если для простоты положить, что длины плеч интерферометра равны, то свету, распространяющемуся вдоль и поперек движения Земли, потребуются разные времена для достижения экрана. Если теперь интерферометр повернуть на 900 , то времена запаздывания пучков поменяются местами и интерференционная картина сдвинется. По сдвигу можно определить время запаздывания и соответственно скорость Земли относительно неподвижного эфира.

Задача 3 . Допустим, Земля движется относительно эфира со скоростью v.Рассчитайте ожидаемый сдвиг интерференционной картины (в единицах расстояния между максимумами интенсивности) при длине волны света l ,после поворота интерферометра на 900 при длине плеча интерферометра L .

Проведенный вместе с Морли эксперимент показал, что никакого сдвига интерференционной картины при повороте интерферометра на 900 не наблюдается. Отсюда следовало сделать вывод: либо эфир полностью увлекается Землей и относительное движение Земли и эфира отсутствует, либо эфира не существует, и процесс распространения света не есть распространение упругой волны. Майкельсон сделал вывод, что эфир полностью увлекается Землей.

2.2 Экспериментальные противоречия гипотезе
увлечения эфира

Предположение о полном увлечении эфира Землей противоречило другим опытным фактам. Так, английский астроном Дж.Бредли обнаружил, что наиболее далекие звезды совершают кажущееся годовое движение по окружности или по эллипсу. Это явление называется аберрацией света звезд . Оказалось, что угловой диаметр траекторий почти всех звезд один и тот же и равен 40,5 дуговой секунды. Элементарное объяснение аберрации становится простым и понятным, если провести аналогию между распространением света и падением дождевых капель. Когда нет ветра, неподвижный наблюдатель видит, что капли падают отвесно. Однако, если сесть в движущийся автомобиль, то видно косое падение капель. Дождь идет сверху и спереди.

Задача 4 . Пусть скорость падения капель дождя относительно Земли равна c , скорость движения автомобиля равна v. Чему равен угол, под которым видно падение капель из автомобиля? Используя полученный результат и данные о видимом угловом диаметре траекторий звезд, определите скорость света. Орбитальная скорость Земли равна 30 км/с .

Если бы эфир полностью увлекался Землей, то никакой аберрации не было бы.

Вывод

Итак, из опытов Майкельсона и из явлений, сходных с аберрацией света звезд, следует сделать вывод: скорость света в любой системе отсчета одна и та же и равна c. [Наиболее точные на данный момент времени измерения дают значение c=(2,997925 ± 0,000003)×108м/с .]

Допустим, на улетающем с огромной скоростью от Земли космическом корабле принимают световой сигнал с Земли. При измерении скорости его распространения будет обнаружено значение c вне зависимости от скорости корабля: c– v=c !Или другой пример. На настоящий момент времени надежно установлено, что далекие от Солнечной системы галактики разбегаются. Вселенная расширяется. Скорость убегания тем больше, чем дальше находится галактика. Очень далекие галактики убегают со скоростями, близкими к скорости света. Тем не менее, свет, пришедший от этих галактик, имеет скорость c . Этот факт так же, как и электродинамические опыты, говорит о необходимости отказа от галилеевских преобразований координат и скорости, правила сложения скоростей.

Опыт А. Майкельсона и специальная теория относительности

Как уже было сказано в разделе о микромире, новая физика родилась на рубеже Х1Х и ХХ веков, поскольку классическая наука не могла объяснить результаты ряда экспериментов, проведенных в Х1Х веке. Из стремления объяснить рентгеновское излучение и радиоактивность возникли квантовая механика и ядерная физика. Теория относительности А. Эйнштейна выросла из попытки объяснить результаты опыта американского физика и инженера Альберта Майкельсона (1852 - 1931) по определению скорости света относительно неподвижного эфира, существование которого предположил Дж. Максвелл. Результаты опыта Майкельсона, за который он получил Нобелевскую премию, были неожиданными: оказалось, что 1) скорость света не зависит от скорости его источника; 2) что она является мировой константой и постоянна во всех инерциальных системах отсчета; 3) что ее нельзя превысить. т. е. скорость света – это максимальная скорость передачи сигнала. В итоге результаты, полученные А. Майкельсоном, показали, что эфира не существует .

Эти результаты стали первым из «китов», на которых основывается специальная теория относительности. Вторым «китом» стал принцип относительности Г. Галилея, который А. Эйнштейн переформулировал так: все инерциальные системы отсчета эквивалентны друг другу в отношении постановки в них любых физических экспериментов, и ни одна из них (относительно которой эфир был бы неподвижен), не имеет преимуществ перед другими.

А. Эйнштейн был величайшим теоретиком, и при работе над теорией относительности он использовал прием мысленного эксперимента, называемого «кораблем А. Эйнштейна». Суть этого эксперимента состоит в следующем. Вдоль берега плывет корабль, внутри которого в направлении движения корабля бежит мышка. Скорость мышки относительно берега складывается из ее собственной скорости относительно корабля и скорости корабля относительно берега. Если предположить, что скорость корабля приближается к скорости света (теоретически это возможно), то при этом скорость мышки относительно берега превысит скорость света, что противоречит результату опыта А. Майкельсона.

Для разрешения возникшего противоречия А. Эйнштейну пришлось сменить парадигму: путем логических рассуждений и математических выкладок он пришел к выводу, что при больших скоростях, соизмеримых со скоростью света (а это скорости МЕГАМИРА, объектами которого являются звезды, галактики и Вселенная), не работает парадигма Ньютона об абсолютности и независимости пространства и времени. Отсюда следовало, что при больших скоростях пространство и время оказываются взаимосвязанными, и время при этом становится четвертой координатой, т.е. пространство в этих условиях имеет как минимум четыре измерения.

Из этого вытекало три следствия:

1) при больших скоростях, соизмеримых со скоростью света,

расстояние сокращается, отрезок укорачивается и при скорости

света (если бы она оказалась достижимой), стягивается в точку;

2) при больших скоростях время замедляется; широко известен пример Эйнштейна, названный им «парадоксом близнецов»: на Земле в один день родились два мальчика-близнеца, один отправился в длительный космический полет, другой всю свою жизнь провел на Земле. Когда космонавт возвратится домой, он будут еще молодым (при огромных скоростях космического полета время будет течь медленнее, чем на Земле), а его брат окажется глубоким стариком.

3) масса тела не зависит от скорости тела. Отсюда следует, что

никакое тело с массой, отличной от нуля, нельзя разогнать до

скорости света, т.к. для этого потребуется бесконечная энергия.

Далее А. Эйнштейн нашел связь между массой и энергией: масса тела есть мера содержащейся в нем энергии. Так появилась знаменитая формула Å= mc2 , где Е – энергия покоя частицы, m - его масса покоя, с - скорость света.

Экспериментальное подтверждение специальной теории относительности пришло из микромира. Выяснилось, что при опытах с элементарными частицами, которые в специальных ускорителях разгоняют до очень больших скоростей, для хорошего согласия экспериментальных и расчетных данных следует учитывать эффект возрастания массы, так называемые релятивистские поправки к массе (английское слово «relativ» означает «относительный»). Замедление времени экспериментально зафиксировано уже при скоростях космических полетов (в Космосе часы чуть-чуть отстают). Все сказанное свидетельствует о том, что специальная теория относительности описывает не только мегамир, но также и микромир. В макромире же скорости слишком низки, а массы слишком велики, чтобы экспериментально наблюдать релятивистские эффекты.

Итак, специальная теория относительности говорит о том, что при больших скоростях (в мегамире и микромире) проявляется взаимосвязь пространства и времени, т.е. реализуется как минимум четырехмерное пространство-время. В макромире скорости настолько малы, что взаимосвязь пространства и времени экспериментально зафиксировать невозможно.

Что из себя опыт Майкельсона представлял?

Сапфир

Трудно представить себе абсолютную пустоту - полный вакуум, не содержащий чего бы то ни было. Человеческое сознание стремится заполнить его хоть чем-то материальным, и на протяжении долгих веков человеческой истории считалось, что мировое пространство заполнено эфиром. Идея состояла в том, что межзвездное пространство заполнено какой-то невидимой и неосязаемой тонкой субстанцией. Когда была получена система уравнений Максвелла, предсказывающая, что свет распространяется в пространстве с конечной скоростью, даже сам автор этой теории полагал, что электромагнитные волны распространяются в среде, подобно тому, как акустические волны распространяются в воздухе, а морские - в воде. В первой половине XIX столетия ученые даже тщательно проработали теоретическую модель эфира и механику распространения света, включая всевозможные рычаги и оси, якобы способствующие распространению колебательных световых волн в эфире.
В 1887 году два американских физика - Альберт Майкельсон и Генри Морли - решили совместно провести эксперимент, призванный раз и навсегда доказать скептикам, что светоносный эфир реально существует, наполняет Вселенную и служит средой, в которой распространяются свет и прочие электромагнитные волны. Майкельсон обладал непререкаемым авторитетом как конструктор оптических приборов, а Морли славился как неутомимый и непогрешимый физик-экспериментатор. Придуманный ими опыт проще описать, чем провести практически.
Майкельсон и Морли использовали интерферометр - оптический измерительный прибор, в котором луч света расщепляется надвое полупрозрачным зеркалом (стеклянная пластина посеребрена с одной стороны ровно настолько, чтобы частично пропускать поступающие на нее световые лучи, а частично отражать их; аналогичная технология сегодня используется в зеркальных фотоаппаратах) . В итоге луч расщепляется и два получившихся когерентных луча расходятся под прямым углом друг к другу, после чего отражаются от двух равноудаленных от полупрозрачного зеркала зеркал-отражателей и возвращаются на полупрозрачное зеркало, результирующий пучок света от которого позволяет наблюдать интерференционную картину и выявлять малейшую десинхронизацию двух лучей (запаздывании одного луча относительно другого; см. Интерференция) .
Опыт Майкельсона - Морли был принципиально направлен на то, чтобы подтвердить (или опровергнуть) существование мирового эфира посредством выявления «эфирного ветра» (или факта его отсутствия) . Действительно, двигаясь по орбите вокруг Солнца, Земля совершает движение относительно гипотетического эфира полгода в одном направлении, а следующие полгода в другом. Следовательно, полгода «эфирный ветер» должен обдувать Землю и, как следствие, смещать показания интерферометра в одну сторону, полгода - в другую. Итак, наблюдая в течение года за своей установкой, Майкельсон и Морли не обнаружили никаких смещений в интерференционной картине: полный эфирный штиль! (Современные эксперименты подобного рода, проведенные с максимально возможной точностью, включая эксперименты с лазерными интерферометрами, дали аналогичные результаты.) Итак: эфирного ветра, а, стало быть, и эфира не существует.
В отсутствие эфирного ветра и эфира, как такового, стал очевиден неразрешимый конфликт между классической механикой Ньютона (подразумевающей некую абсолютную систему отсчета) и уравнениями Максвелла (согласно которым скорость света имеет предельное значение, не зависящее от выбора системы отсчета) , что и привело в итоге к появлению теории относительности. Опыт Майкельсона - Морли окончательно показал, что «абсолютной системы отсчета» в природе не существует. И, сколько бы Эйнштейн впоследствии ни утверждал, что вообще не обращал внимания на результаты экспериментальных исследований при разработке теории относительности, сомневаться в том, что результаты опытов Майкельсона - Морли способствовали быстрому восприятию столь радикальной теории научной общественностью всерьез, вряд ли приходится.

Опыт Майкельсона - физический опыт, поставленный Майкельсоном в 1881 году, с целью измерения зависимости скорости света от движения Земли относительно эфира. Под эфиром тогда понималась среда, аналогичная объёмнораспределённой материи, в которой распространяется свет подобно звуковым колебаниям. Результат эксперимента был отрицательный - скорость света никак не зависела от скорости движения Земли и от направления измеряемой скорости. Позже, в 1887 году Майкельсон, совместно с Морли, провёл аналогичный, но более точный эксперимент, известный как эксперимент Майкельсона-Морли и показавший тот же результат. В 1958 году в Колумбийском университете (США) был проведён ещё более точный эксперимент с использованием противонаправленных лучей двух мазеров, показавший неизменность частоты от движения Земли с точностью около 10−9 % (чувствительность к скорости движения Земли относительно эфира составляла 30 м/с) . Ещё более точные измерения в 1974 довели чувствительность до 0,025 м/с. Современные варианты эксперимента Майкельсона используют оптические и криогенные микроволновые резонаторы и позволяют обнаружить отклонение от анизотропии скорости света, если бы оно составляло несколько единиц на 10−16.
Опыт Майкельсона является эмпирической основой принципа инвариантности скорости света, входящего в общую теорию относительности (ОТО) и специальную теорию относительности (СТО).

Опыт Майкельсона-Морли принципиально направлен на то, чтобы подтвердить (или опровергнуть) существование мирового эфира посредством выявления «эфирного ветра» (или факта его отсутствия).

Альберт Абрахам МАЙКЕЛЬСОН 1852–1931

Американский физик немецкого происхождения, известен изобретением названного его именем интерферометра Майкельсона и прецизионными измерениями скорости света. В 1887 году Майкельсон, совместно с Э. У. Морли, провёл эксперимент, известный как эксперимент Майкельсона-Морли. Лауреат Нобелевской премии по физике в 1907 г. «за создание точных оптических инструментов и спектроскопических и метрологических исследований, выполненных с их помощью».

Эдвард Уильямс Морли 1839 1923 ) - американский физик.

Наибольшую известность получили его работы в области интерферометрии, выполненные совместно с Майкельсоном. В химии же высшим достижением Морли было точное сравнение атомных масс элементов с массой атома водорода, за которое ученый был удостоен наград нескольких научных обществ.

СУЩНОСТЬ РАССМОТРАВАЕМОГО ОПЫТА

Сущность опыта Майкельсона-Морли заключается в получение интерференционной картины на экспериментальной установке и выявлении малейшей десинхронизации двух лучей под воздействием «эфирного ветра». В этом случае было бы доказано существование эфира. Под эфиром тогда понималась среда, аналогичная объёмнораспределённой материи, в которой распространяется свет подобно звуковым колебаниям.

Суть опыта заключается в следующем. Монохроматический луч света, пройдя через собирающую линзу, попадает на полупрозрачное зеркало В, наклоненное под углом 45 градусов, где разделяется на два луча, один из которых движется перпендикулярно направлению предполагаемого движения прибора относительно эфира, другой - параллельно этому движению. На одинаковом расстоянии L от полупрозрачного зеркала B установлены два плоских зеркала - С и D. Лучи света, отражаясь от этих зеркал, снова падают на зеркало B, частично отражаются, частично проникают сквозь него и попадают на экран (или в зрительную трубу) E.

Если интерферометр покоится относительно эфира, то время, затрачиваемое первым и вторым лучами света на свой путь, одинаково, и в детектор попадают два когерентных луча в одинаковой фазе. Следовательно, возникает интерференция, и можно наблюдать центральное светлое пятно на интерференционной картине, характер которой определяется соотношением форм волновых фронтов обоих пучков. Если же интерферометр движется относительно эфира, то время, затрачиваемое лучами на свой путь, оказывается разным. Ожидаемое смещение интерференционной картины должно составлять 0,04 расстояния между интерференционными полосами.

Из основных встретившихся трудностей состояли в приведении прибора во вращение без создания искажений, другая же – его крайняя чувствительность к вибрациям.

Первая из названных трудностей была полностью устранена путем установки прибора на массивный камень, плавающий в ртути; вторая же была преодолена посредством увеличения пути света вследствие повторных отражений до величины, почти в десять раз превосходившей первоначальную.

Каменная плита имела площадь около 1,5 х 1,5 м и толщину 0,3 м. Она покоилась на кольцеобразном деревянном поплавке с внешним диаметром 1,5 м, внутренним диаметром 0,7 м и толщиной 0,25 м. Поплавок располагался на ртути, содержавшейся в чугунном лотке толщиной 1,5 см и таких размеров, что вокруг поплавка в нем оставалось свободное пространство около сантиметра. В каждом углу камня помещалось по четыре зеркала. Вблизи центра камня находилась плоскопараллельная стеклянная пластинка.

Наблюдения проводились следующим образом. Вокруг чугунного лотка имелось шестнадцать эквидистантных отметок. Прибор приводился в очень медленное вращение (один оборот за шесть минут), и через несколько минут в момент прохождения одной из отметок пересечение нитей микрометра наводилось на самую яркую интерференционную полосу. Вращение происходило столь медленно, что это можно было сделать легко и точно. Отмечалось показание головки винта микрометра и делался очень легкий и плавный толчок для поддержания движения камня. При прохождении следующей отметки процедура повторялась, и все это продолжалось до тех пор, пока прибор не завершал шесть оборотов.

При полуденных наблюдениях вращение производилось против часовой стрелки, при вечерних – по часовой стрелке. Результаты наблюдений представлены графически на рис. 5. Кривая 1 соответствует полуденным наблюдениям, кривая 2 – вечерним. Пунктирные линии показывают одну восьмую теоретического смещения. Из рисунка возможно сделать вывод о том, что если и существует какое-либо смещение благодаря относительному движению Земли и светоносного эфира, оно не может быть значительно больше, чем 0,01 расстояния между полосами, что не соответствует начальным предположениям.

СУЩЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Итак, наблюдая в течение года за своей установкой, Майкельсон и Морли не обнаружили никаких смещений в интерференционной картине: полный эфирный штиль! В итоге: эфирного ветра, а, стало быть, и эфира не существует. В отсутствие эфирного ветра и эфира, как такового, стал очевиден неразрешимый конфликт между классической механикой Ньютона (подразумевающей некую абсолютную систему отсчета) и уравнениями Максвелла (согласно которым скорость света имеет предельное значение, не зависящее от выбора системы отсчета), что и привело в итоге к появлению теории относительности. Опыт Майкельсона-Морли окончательно показал, что «абсолютной системы отсчета» в природе не существует. Опыт Майкельсона-Морли стал фундаментальным подтверждением специальной теории относительности. Выводы Майкельсона и Морли остались незыблемыми и после множества повторений опыта, проведенных с конца XIX в. до наших дней.