Природа света, баллистический принцип и опыт Майкельсона

Единственный вывод, который, как мне кажется, можно отсюда сделать, — это то, что этот самый эфир не существует, или более точно, что мы должны отказаться от использования подобного представления, и что движение света — это относительное движение, подобно всем прочим, что только относительные скорости играют роль в законах природы. И наконец, что мы должны отказаться от использования уравнений в частных производных и применения понятия поля в той мере, в какой это понятие вводит абсолютное движение.

Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]

Вопрос о природе света остаётся одним из самых тёмных мест физики вот уже много веков. Некий просвет в этот мрак внёс Ньютон, следуя которому свет стали считать потоком мельчайших частиц света, корпускул, по-нынешнему, — фотонов. Позднее получила признание противоположная точка зрения, по которой свет — это волна в некой неподвижной среде (эфире). Потом и вовсе оказалось, что не верно ни то, ни другое: свет нельзя считать ни частицей, ни волной. После этого едва забрезживший свет в вопросе о свете совсем померк, и с позиций нынешней физики уже нельзя внятно и доходчиво объяснить, что такое свет и как, не будучи ни волной, ни частицей, он может быть сразу и тем и другим.

Так что же такое свет? Пожалуй, лишь один человек во всём мире смог дать ясный, вразумительный ответ на этот вопрос, наглядно, точно и непротиворечиво объяснив процесс испускания и распространения света, явления интерференции, дифракции и спектры излучения тел. Случилось это ровно век назад в переломный для науки 1908-ой год, когда швейцарский физик Вальтер Ритц выступил в ряде немецких и французских научных журналов с серией статей, где на базе классической механики строил новую электродинамику и модель атома, объяснившие все свойства света. Но этот проблеск надежды скоро померк, так как Ритц — этот светоч знаний — угас, прожив лишь 31 год, и был предан забвенью.

Подобно Шерлоку Холмсу, Ритц руководствовался тем принципом, что на базе твёрдо установленных фактов надо отбросить всё невозможное, а то, что останется, и будет решением проблемы. В отношении света таким несомненным фактом было то, что свет представляет собой периодично меняющееся (колебательное) электромагнитное воздействие со стороны отдалённого источника. Это сразу исключало гипотезу фотонов, — частиц света, ибо одна частица не способна нести свет, раз свет это протяжённый во времени процесс, тогда как воздействие частицы ограничено кратким временем удара. Представлять свет (процесс колебаний поля) в виде потока фотонов так же нелепо, как изображать звук (процесс колебаний давления) в виде потока частиц звука; распространение тепла (процесс хаотичных колебаний атомов) — в виде потока частиц тепла. Все такие частицы будут из категории флюидов (типа флогистона, теплорода), в своё время весьма распространённых в науке и принимаемых каждый раз за неимением толкового объяснения.

Помимо того, что у фотонной гипотезы есть проблемы с объяснением интерференции и дифракции света, фотоны не позволяют понять куда более простое — не колебательное (свет), а постоянное электрическое и магнитное воздействие. Так и посредством частиц звука нельзя было бы представить постоянное давление, которое есть даже в отсутствие источников, а значит и частиц звука, равно как электрическое воздействие возможно и без источников света. Поэтому Ритц отверг корпускулы света в том виде, как их вводили Ньютон и Эйнштейн.

Но если не фотоны, то что же переносит свет и электрическое воздействие от источника к приёмнику? Аналогия с распространением звука и тепла, а также колебательный (волновой) характер оптических явлений привели учёных к мысли, что свет — это волны в эфире, который и несёт воздействие от точки к точке. Однако скоро выяснилось, что эфир — такая же фикция, как и фотоны. Прежде всего, не удалось построить непротиворечивую механическую модель эфира и объяснить, как в нём движется свет, электрические и магнитные воздействия. Эфир должен быть сразу и сверхплотным, и разреженным, и жёстким, и текучим. Наконец, эфир исключали многие опыты — Майкельсона, Троутона-Нобля, эффект звёздной аберрации.

В опыте Майкельсона делалась попытка установить скорость движения Земли в эфире. Для этого сравнивали времена движения луча света в интерферометре вдоль и поперёк скорости движения Земли. Понятно, что скорость света в эфире вдоль и поперёк получилась бы разной [74, 152]. Ведь скорость движения волнового возмущения в эфире — скорость света по концепции Максвелла получалась бы постоянной лишь относительно эфира. Поэтому скорость распространения света относительно подвижного наблюдателя получалась бы различной в разных направлениях и разными бы вышли времена движения света. Но опыт обнаружил равенство времён, что говорило о ложности теории эфира и основанной на нём электродинамики Максвелла. Опыт же Майкельсона, по сути, доказал, что такого различия нет и скорость света постоянна относительно источника. Именно такой результат предсказывала ритцева корпускулярная теория света, где свет переносили выбрасываемые источником частицы, заимствующие скорость источника. Не случайно и сам Майкельсон, описывая опыт, в самом начале своей знаменитой статьи упомянул корпускулярную эмиссионную теорию, легко объяснявшую звёздную аберрацию и результат опыта Майкельсона.

Эти и многие другие опыты и соображения побудили Ритца ещё в начале прошлого века — задолго до Эйнштейна и других учёных — отвергнуть эфир и максвеллову электродинамику. Именно Ритц (не Эйнштейн!) первым отказался от эфира, доказав его бесполезность. За эти революционные взгляды Ритц и пострадал, его баллистическую теорию забыли, настолько все были помешаны на эфире и теории Максвелла. Когда же эфир отвергли, все обратились к теории относительности, хотя Эйнштейн не отвергал эфир открыто и сохранял его, по сути, в формулах, указав лишь на принципиальную необнаружимость эфира [81]. О различиях между тремя теориями — теорией эфира Максвелла-Лоренца, теорией относительности Эйнштейна и баллистической теорией Ритца, — популярно рассказал в своей вступительной профессорской речи П. Эренфест, много общавшийся с Лоренцем, Эйнштейном и Ритцем [171, с. 12]. Именно Ритц нашёл третью возможность — золотую середину между двумя крайностями, — теорией эфира и теорией относительности. Если теория эфира отвергает оба постулата СТО, а теория относительности — оба их принимает, то БТР признаёт лишь первый постулат (по сути, принцип относительности движения, доказанный ещё Галилеем), но отвергает второй, противоречащий механике и кинематике постулат о независимости скорости света от движения источника.

Итак, невозможное (фотоны и эфир) отброшено Ритцем. Что же осталось? Ритц понимал, что раз ошибочна теория эфира, то свет должен представлять собой всё же поток частиц, испускаемых источником и разлетающихся от него со скоростью света с. Но он также понимал, что частицы эти не могут быть, как у Ньютона и Эйнштейна, — квантами света. Значит, сделал вывод Ритц, эти частицы должны быть квантами, атомами электрического поля, воздействия! Раз свет — это электромагнитная волна, рассуждал он, то скорость света — это скорость распространения электрического поля. Значит, частицы, испускаемые атомами со скоростью c, переносят не сам свет, как ньютоновы корпускулы-фотоны, а — лишь электрическое воздействие. Тем самым Ритц сразу решил все вопросы. Выражаясь, словами Шерлока Холмса, Ритц дал не просто предположение, а гипотезу, которая объясняла все без исключения факты.

Напомним, Ритц допустил, что любой элементарный заряд (электрон) постоянно испускает во всех направлениях микрочастицы — реоны R, имеющие стандартную массу m и разлетающиеся от заряда со стандартной скоростью с, словно рой идентичных дробинок, выстреленных ружьём. Эти частицы при ударе о другие заряды передают им свой импульс mc, играя роль элементарных квантов (атомов) электрического воздействия. И кулонова сила отталкивания зарядов складывается из ударов многих реонов так же, как сила давления газа складывается из ударов многих атомов (Рис. 6). Эта простая гипотеза позволяла сохранить достоинства корпускулярной и эфирной теорий, избежав их пороков.

В самом деле, раз свет — это всего лишь переменное электромагнитное воздействие, переносимое потоком частиц, испущенных источником, то отпадает надобность в промежуточной среде-эфире. И, если неподвижный электрон, выбрасывая неизменный, стационарный поток искр-реонов (Рис. 7), оказывает постоянное электрическое воздействие, то колеблющийся электрон создаёт переменное воздействие (свет), подобно тому, как взмахи бенгальским огнём периодически меняют силу и направление потока искр. По законам механики световая скорость излучаемых электроном частиц должна складываться с его скоростью. А раз свет — это колебания электрического поля, переносимого реонами, то его скорость тоже сложится по искромётной аналогии со скоростью электронов и источника света. Так же, как в механике, — не будет избранной системы отсчёта (все инерциальные системы равноправны). Механическое сложение скорости с реонов, несущих свет, со скоростью V источника объясняет и опыт Майкельсона, и звёздную аберрацию, доказавшие зависимость скорости света от скорости источника. Это сложение скорости световых лучей со скоростью источника — совершенно аналогично механическому сложению скорости испускания частиц α- и β-лучей (ядер гелия и электронов) со скоростью их источника (крупицей радия). Именно это классическое сложение скоростей и составляет суть баллистического принципа и БТР (Рис. 20).

Рис. 20. Баллистический принцип: прирост скорости c луча света на величину скорости v источника. Аналогия стрельбы пулемёта и лучемёта с броневика на ходу.

О таком чисто механическом сложении уже давно говорил эффект звёздной аберрации, открытый Дж. Брадлеем ещё в 1727 г. [152]. Суть эффекта состоит в том, что каждая звезда видится не в реальном своём положении S, а в смещённом — S'. Из-за орбитального движения Земли её скорость v векторно вычитается из скорости света c, идущего от звезды (проще говоря, c складывается со скоростью v'=-v звезды относительно Земли). Результирующая скорость света, равная c', отклоняется от исходного направления SO на угол аберрации α=v/c, и световой луч приходит вдоль направления S'O, в котором и наблюдается звезда (Рис. 21). Такое кинематическое объяснение эффекта естественно вытекало из ньютоновской теории истечения света, изображаемого как рой частиц. Световые лучи от звёзд видятся отклонёнными на Земле, летящей по орбите, точно так же, как капли отвесно падающих струй дождя кажутся косыми для бегущего пешехода или пассажира в автобусе [40]. Представив свет в виде потока частиц, Брадлей не только объяснил этот эффект по баллистическому принципу, но и определил из величины угла аберрации α скорость света и несущих его частиц [74]. Из кинематических соображений Брадлея сразу вытекала и независимость этого угла от среды, заполняющей телескоп (опыт Эри), поскольку ещё до входа в телескоп лучи в системе наблюдателя идут под углом α. Итак, смещение видимого положения звёзд на небе за счёт движения Земли и результат опыта Майкельсона (постоянство скорости света относительно источника при его движении) свидетельствуют в пользу выполнения для света законов механики и галилеева принципа относительности: скорость света складывается со скоростью источника!

Рис. 21. Явление звёздной аберрации. За счёт движения Земли звезда видится не в реальном своём положении S, а в точке S' от механического баллистического сложения скорости света си звезды v'.

Из этой зависимости скорости реонов от скорости испустивших их зарядов, как показано выше (§ 1.8), естественным образом вытекает также существование магнитных и индукционных сил соответствующей величины. В то же время, реоны легко объясняют волновые свойства света. Ведь при рождающих свет колебаниях заряда периодично меняется его воздействие на другие заряды: в пространстве возникает периодичное распределение реонов, оказывающее периодичное колебательное воздействие и во многом подобное волне. Но, если обычные волны — это перенос колебаний от точки к точке в стоячей среде, то в потоке реонов "волна" движется вместе с потоком, обладая его скоростью с. Периодичные воздействия этих потоков складываются (интерферируют), словно волны. Так Ритц доказал соответствие выводов своей эмиссионной электродинамики (баллистической теории) и теории Максвелла, попутно избавив физику от тумана эфира, — такой же фикции, как и все прочие призрачные среды от флогистона до теплорода.

Введя представление о реонах, Ритц смог трактовать свет как волновой электромагнитный процесс, но уже без среды-носителя (эфира), в которой бы эти волны распространялись. Если покоящийся заряд, испуская реоны, создаёт постоянное электрическое поле, то колеблющийся — порождает уже электромагнитную волну (свет), которая движется подобно цепочке пуль, пущенных пулемётом со снующего меж двух пунктов броневика (Рис. 22). Реоны, выброшенные зарядом в сторону точки О, образуют в пространстве бегущую волну, как пули, выстреленные пулемётом в сторону цели О и подлетающие к ней то с одной, то с другой стороны и соответственно толкающие её туда-обратно (так же и поле в т. О колеблется из стороны в сторону). За неимением пулемёта такую волну по теории истечения легко смоделировать с помощью узкой струи из шланга-пистолета для поливки растений. Быстро водя им вправо-влево, можно наблюдать, как летящие капли воды образуют в пространстве волну, волнообразную цепочку, бегущую со скоростью выброса капель источником (в случае света — со скоростью c выброса реонов электроном). Несколько таких волн, пересекаясь и не мешая друг другу (от малой вероятности столкновений капель, пуль, частиц), могут складываться, интерферировать. Вот и выходит, что свет представляет собой поперечную электромагнитную волну, приносимую от источника к приёмнику уже не средой, не полем, а частицами.

Рис. 22. Броневик, маневрирующий между пунктами A и B, изображает колеблющийся электрон e, стреляющий реонами R по мишени O. Очередь, данная "электронным пулемётом", образует волнообразную цепь реонов и вызывает поперечные колебания мишени.

Итак, свет по Ритцу имеет вполне чёткую структуру: это поток однородных частиц с периодичным (по плотности) пространственным распределением, которое смещается вместе с потоком со скоростью света c. Физикам давно известны подобные пучки частиц с периодичным распределением: они широко применяются в ускорителях, в СВЧ-технике. Так, СВЧ-прибор клистрон работает на сформированном им пучке периодично распределённых электронов, образующих регулярные сгустки и разрежения потока [103]. Так же и колеблющиеся заряды в антеннах формируют периодичные пучки реонов, несущих свет. Да и сами физики издавна изображали движение и преломление света по военной аналогии (отсюда слово "фронт"), уподобляя луч света колонне марширующих солдат, периодичные ряды которых, словно волновые фронты света, образуемые реонами, движутся вместе с бойцами [95, c. 150]. Эти подвижные волновые распределения не есть волны в строгом смысле слова. Ведь волна — это возбуждение, распространяющееся в неподвижной среде, а здесь мы имеем "волну", движущуюся вместе со средой, с потоком частиц, — конвективную (сносовую) волну. Так и перенос тепла есть в виде теплопроводности (без переноса среды) и конвекции (с быстрым её переносом). Это переносимое средой периодичное распределение для отличия назвали "кинематической волной" [103]. Потому и электродинамику Ритца часто называют кинетической, баллистической, эмиссионной. Уже само латинское слово "эмиссия", "эмитировать", широко применяемое к свету во многих языках, включая английский, означает не просто "излучать", но — "выделять", "выбрасывать", подразумевая распространение света в виде выброшенных источником частиц (примерно так же говорят об эмиссии электронов, ионов и т. п.). Да и термин "лазер" (от англ. LASER см. "Используемые аббревиатуры") образован от слова "эмиссия", "индуцированный выброс излучения" и, по смыслу, вполне отвечает русскому термину "лучемёт". Не случайно, и у нас в ходу выражения типа "фонарь отбрасывает лучи света", "столб отбрасывает тень", подразумевающие механический выброс светоносных частиц.

Многие авторы недоумевают, почему на смену эфиру пришла СТО, если БТР не хуже объясняла как явление аберрации звёздного света и отрицательный результат опыта Майкельсона, так и другие, не согласующиеся с теорией эфира результаты. Возможно, учёные побоялись принять БТР, полагая, будто это возврат к корпускулярной теории истечения Ньютона, по которой все светящиеся тела источают частицы света — корпускулы, попадающие в глаз и рождающие ощущение света (ныне корпускулы называют фотонами). Но корпускулярная теория не объясняла явлений интерференции и дифракции, выявлявших волновые свойства света. Потому учёные и отказались однажды от корпускул, приняв теорию эфира, проводящего световые колебания и волны.

Однако БТР не была простым повторением теории истечения. Спираль познания сделала полный оборот, но новый её виток не совпал со старым. Напротив, Ритц хорошо сознавал, что свет — это электромагнитная волна, и теорию свою строил на базе электродинамики, где нет места фотонам. Ритцу они, впрочем, и не понадобились, ибо он показал, что все так называемые "квантовые эффекты", якобы выявляющие излучение атомами отдельных порций, квантов света, при внимательном рассмотрении оказываются не имеющими отношения к структуре света, а — целиком обусловленными дискретной структурой вещества и атомов (см. Часть 3 и Часть 4).

Таким образом, представив свет потоком частиц (более простых, чем фотоны), Ритц легко и наглядно объяснил его волновые и квантовые свойства, процессы излучения и распространения света в вакууме и средах. Вот почему до сих пор находится много сторонников баллистической теории, как наиболее естественного следствия опыта Майкельсона и аберрации звёздного света. Не случайно, вскоре после того, как Ритц выдвинул свою теорию, с аналогичными идеями независимо выступили в 1910 г. Я. Кунц, Р. Толмен, Д. Комсток, О. Стюарт, Дж. Томсон [6, 93]. Не зря и такие великие умы, как Альхазен и Кеплер, которых заслуженно признают основателями научной оптики на Востоке и Западе, считали свет потоком частиц, выбрасываемых телами с огромной скоростью. Эта античная идея о выбросе телами светоносных частиц, возрождённая Галилеем, Гассенди и Ньютоном, господствовала не только на протяжении XVII–XVIII веков, но ещё в Древней Индии, Греции и Риме, где многие века принимали светоносные принципы Кáнады, Демокрита, Эпикура и Лукреция, забытые в тёмные средние века. Принцип разбрасывания света солнцем и телами был очевиден для наших предков, почитавших за верховное божество Агни-Зевса-Перуна, мечущего свет молний. Не случайно и на знаках современных российских радистов и войск связи, как на древнеримских щитах, выбиты периодично иззубренные молнии, выбрасываемые зарядом и изображающие стремительный полёт радиоволн, света.

Мысль о том, что свет представляет собой поток летящих частиц, а не колебания стоячей среды, близка каждому, словно мы интуитивно чувствуем истинную структуру света. Не зря тонко чувствующие природу художники, мультипликаторы часто изображают свет свечи в виде расходящихся концентрических кругов, волн света из отдельных лучиков, искр, выбрасываемых источником. Даже в языке сложилось так, что свет описывают как нечто, разлетающееся наподобие зёрен материи, стрел, снарядов и пуль. Так, термин "рассеяние света" подразумевает разбрасывание света вторичными источниками во все стороны, словно семян (их роль играют реоны). Также мы говорим: "луч света вылетел, был испущен, полетел, упал, отскочил, отразился, попал, пронзил". Сами термины "луч", "излучение" родственны словам "лук", "лучина", "лучник", поскольку лучи света издавна уподобляли стрелам, пускаемым с огромной скоростью из лука, не зря и рисуют их в виде стрелок [82]. Латинское слово "lux" (свет), и английское "look" (смотреть), имеют то же происхождение. Вот и лучевое лазерное оружие в научной фантастике окрестили лучемётом, по аналогии с пулемётом и миномётом, выбрасывающим, метающим снаряды. Не случайно и греческое слово βολη (bole), переводимое как "бросок", "удар", означает также "световой луч", бросаемый источником наподобие метательных снарядов. От этого греческого корня и происходят такие слова как ball ("мяч" по-английски), баллиста, баллистика, болид, дискобол, болометр (прибор для измерения энергии света). Кстати, и слово прожектор — прибор, пускающий мощный луч света, — в английском языке означает также гранатомёт, огнемёт: слово "project" означает выстреливать, метать (не зря пуля, снаряд по-английски — projectile). Поэтому весьма метко получила своё название ритцева баллистическая теория света (БТР).

Словосочетания "поток, источник света", выражения "свет растекается", "пролить свет", "свет струится, льётся" — тоже подразумевают выбрасывание источником света некой материи, истекающей из него в виде быстро разлетающихся частиц. Не случайно БТР называют также эмиссионной теорией и теорией истечения [93, 153]. Да и заряды с токами обычно называют "источниками поля", что естественно, раз они источают реоны. Выходит, интуитивно мы знаем о структуре света, заряда много больше, чем любой учёный, считающий свет волной, прокатывающейся в электромагнитном поле. И интуиция нас не подводит. Так, космические, каналовые, катодные лучи, α-, β-лучи оказались на поверку потоками однородных частиц. А потому и γ-, X-лучи, лучи видимого света и радиолучи должны тоже оказаться в итоге потоками частиц, и не каких-то абстрактных, безмассовых, нематериальных фотонов, а — настоящих частиц, имеющих стандартную массу. Лишь частицы (не волны!) могут объяснить гигантскую скорость света (в мире микрочастиц она обычна), прямолинейность его лучей, способность света переносить импульс (световое давление) и не затухать в вакууме (§ 3.21). Не зря так много общего у простой оптики с оптикой электронной, баллистической, применяемой в кинескопах, электронных микроскопах, где функции световых лучей выполняют лучи электронные [36, Т.1]. То же верно и в отношении нейтронной оптики, где летящие частицы так же образуют лучи, аналогичные по свойствам оптическому излучению и движущиеся по тем же законам геометрической оптики. Эта оптико-механическая, баллистическая аналогия, известная как принцип наименьшего действия, была постепенно установлена стараниями Герона, Альхазена, Ферма, Гамильтона именно на основе древнего представления света в виде потока частиц.

Итак, Баллистическая Теория Ритца проливает свет на величайший и самый запутанный в истории физики вопрос о структуре света, ибо свет в БТР представлен не колебаниями абстрактной непостижимой электромагнитной среды-поля, но движением элементарных частиц. Природа света по Ритцу кристально ясна: свет — это просто модулированный источником поток частиц-реонов, постоянно испускаемых зарядами и ответственных за электрическое воздействие. Фотоны, эфир, электромагнитный вакуум оказались излишними. Отпала надобность и в корпускулярно-волновом дуализме. Всё, что объясняли с помощью фотонов, удалось объяснить волнами, а всё истолкованное на языке эфира, поля, волн, удалось объяснить посредством частиц (реонов). Свет, оптика, электродинамика свелись к наглядным механическим моделям. В этом Ритц и видел основное достоинство своей теории. Лишь теорию, дающую простое наглядное представление в виде механики частиц, можно считать истинно материалистической. Так, и в термодинамике, химии, теории электричества и магнетизма тоже долгое время царил мистический, абстрактный дух, пока их не свели к механике — к движению, столкновению и взаимодействию частиц.

Истинная теория света должна быть атомистической, кинетической, как и теория вещества. Это хорошо понимали все великие атомисты: Кáнада, Демокрит, Эпикур, Лукреций, Гассенди, Ньютон, Ломоносов и Циолковский. Неудивительно поэтому, что ещё 2500 лет назад Демокрит пришёл к тем же, что и Ритц, идеям о распространении света в виде истекающих из всех тел частиц, образующих периодично летящие плёнки (волновые фронты по С.И. Вавилову [31]). А вскоре последователь Демокрита, Эпикур, сформулировал в своём письме к Геродоту и баллистический принцип: "Вполне могут возникать в окрестном воздухе и такие отслоения для образования полых и тонких поверхностей, и такие истечения, которые сохраняют положение и движение твёрдых тел. Эти оттиски называем мы "видностями" (эйдосами)" [77, с. 295]. Дистанции между этими плёнками-фронтами из частиц (по-нынешнему, длины волн) и определяют, согласно Эпикуру и Лукрецию, цвет световых лучей. Тому же учил и древнеиндийский атомист Кáнада, считавший любой луч света потоком периодично расположенных стандартных точечных частиц (числом не меньше шести), не способных родить свет по отдельности.

Рис. 23. Великие мыслители.

Поражает, как Максвелл, один из авторов молекулярно-кинетической теории газов и теплоты, создал вместо кинетической электродинамики — эфирную. И только Ритц, подобно Шерлоку Холмсу (Рис. 23), снял оковы мистики с оптики, электродинамики, физики атома, где до сих пор царили тёмные мистические понятия, — все эти поля, эфиры, фотоны, кванты, квазичастицы, волны вероятности. Пока учёные верят в мистику, не стоят твёрдо на механической, материалистической почве, наука не может считаться зрелой. Вот почему представители официальной науки, критикующие подход Ритца, в своей беспомощности подобны представителям официальной полиции, принижавшим методы Шерлока Холмса. Ритц был первым, но быстро погашенным лучом света, который на миг прорезал тьму и осветил мрак, веками царивший в учении о свете. К сожалению, судя по всему, и в науке есть своеобразная мафия, — правящая верхушка, преследующая особые цели, идущая против законов Природы и расправляющаяся с неудобными людьми [25]. Есть и свой "профессор Мориарти", в схватке с которым гибнет "Шерлок Холмс". Эта "научная" надстройка, вероятно, и отправила в своё время Ритца с его теорией в небытиё, и тьма надолго воцарилась в науке. Лишь сейчас во всём мире исследователи стали осознавать, что мир устроен много проще, чем считалось, что законы природы не только легко постижимы, но и красивы, естественны, логичны. Именно БТР несёт свет в науку и фундаментальную физику, подобно открытым Ритцем светоносным реонам.

Эффект Ритца

Скорость света, испущенного источником, зависит от скорости последнего лишь в момент излучения. Потом скорость света не меняется: на неё не влияет дальнейшее движение источника… Поэтому волны, испущенные в разные моменты, когда скорость источника имела разные значения, могут приходить к цели одновременно, за счёт разных скоростей распространения света.

Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]

Итак, основу БТР составляет баллистический принцип, гласящий, что скорость света, и несущих его частиц (реонов), складывается со скоростью источника, подобно тому, как движение орудия придаёт дополнительную скорость выстреленному снаряду. Но до сих пор мы рассматривали лишь равномерное движение источника, относительно которого скорость света всегда имела постоянную величину c. Теперь изучим и случай ускоренно движущегося источника (относительно него скорость света равна c лишь в момент испускания). Для этого обратимся снова к баллистической модели. Представим себе идущий в атаку с ускорением a броневик, дающий очередь из пулемёта по неподвижной цели, расположенной прямо по курсу (Рис. 24). Пули в очереди следуют друг за другом через равные интервалы времени T. Найдём, с каким периодом T' они ударяют в мишень.

Рис. 24. Броневик, идущий в атаку, даёт пулемётную очередь по цели. Пули, выстрелянные через период T, бьют в мишень с периодом T'.

Первая пуля долетит до цели за время

t₁=L₁/v₁,

где L₁ — расстояние до мишени, первоначально равное L (Рис. 25.а), а v₁ — скорость пули, равная сумме стандартной скорости c вылета пуль из ствола пулемёта и скорости v броневика в этот момент:

t₁= L/(c+v).

Следующая пуля прибудет к цели за время

t₂=T+L₂/v₂,

где T — время, прошедшее от первого выстрела до второго, а L2/v2 — собственно время движения второй пули. Отрезок L₂, который ей предстоит пройти, будет меньше L на величину пройденного броневиком за время T пути, равного vT, то есть

L₂= L-vT (Рис. 25.б).

Иной окажется и скорость пули v₂. Броневик движется ускоренно, и спустя время T скорость его будет на величину aT больше первоначальной. И настолько же скорость второй пули будет превышать v₁, т. е.

v₂= v₁+aT= c+v+aT.

В итоге имеем

t₂ = T+((L-vT)/(c+v+aT))

Промежуток времени T΄= t₂-t₁ между двумя ударами пуль в мишень найдётся как

T' = T(1-v/(c+v+aT)-La/((c+v+aT)(c+v)))

Считая малыми в знаменателях величины v и aT (в сравнении со скоростью выброса пуль c), получим T΄/T=1-ν/c-La/c², или то же для частот (f=1/T):

f΄/f= 1+ν/c+La/c².

То есть пули по мишени барабанят чаще (с частотой f΄>f), чем вылетают: движение как бы добавляет пулемёту скорострельности.

Рис. 25. Положения и скорости пуль, броневика вначале и спустя время T.

Применяя баллистическую модель к свету (броневик — это источник света, а пули — реоны R, соответствующие гребням волн и "выстреливаемые" со скоростью света c), получим тот же результат: видимая частота прихода световых волн, импульсов от подвижного источника отличается от истинной.

Здесь, конечно, нет никакого реального искажения масштаба времени, как в теории относительности. Имеет место лишь кажущееся изменение, как в общеизвестном эффекте Доплера (Рис. 26). К нему и сведётся найденная формула в случае равномерного движения источника (a=0). Именно эффект Доплера T΄/T=1-ν/c используют автоинспекторы для определения скорости νдвижения автомобилей. Неподвижному наблюдателю с чувствительной аппаратурой свет фар приближающейся машины покажется чуть синее, чем в действительности [76]. Если же машина уносится прочь, свет её задних фар, напротив, станет казаться чуть красней реального: движение меняет частоту света. Вызвано это тем, что при движении расстояние между машиной и наблюдателем меняется. Поэтому два последовательных сигнала, скажем, — два выстрела из автомобиля, произведённые с интервалом в секунду, пройдут это расстояние в разное время (Рис. 27). Так, при стрельбе из машины, идущей к наблюдателю со скоростью 30 м/с, второй пуле предстоит пролететь на 30 метров меньше. Поэтому, при скорости пуль в 300 м/с вторая пуля выиграет на этой дистанции десятую долю секунды. На эту разность времён хода и сократится для наблюдателя период между сигналами: пули проследуют с интервалом в 0,9 секунды, вместо 1 с. Так же и для света, представляющего собой летящую последовательность волновых фронтов, движение преобразует период и частоту следования импульсов, гребней волн, то есть, — меняет окрашенность света по эффекту Доплера. Но формула, найденная Ритцем ещё в 1908 г. [8], предсказывает, помимо доплеровского, и другой эффект.

Рис. 26. Эффект Доплера — изменение частоты света за счёт движения.

В самом деле, пусть начальная скорость ν ускоряемого источника света равна нулю. Тогда приходим к формуле для периодов

T΄/T=1-La/c²,

или с учётом малости La/c²<<1 получим для частот света f=1/T и f΄=1/T΄ соотношение

f΄/f=1/(T΄/T)=1+La/c².

То есть, даже при нулевой скорости, когда эффект Доплера не даёт никакого сдвига частоты, такой сдвиг частоты сигналов предсказывает формула Ритца (изменение частоты обусловлено повышенной скоростью задних гребней волн, сигналов: они нагоняют передние, постепенно сокращая разрыв, длину волны, Рис. 24). Пусть, для иллюстрации, этими сигналами снова будут два пистолетных выстрела из автомобиля по столбу. Первый выстрел производится из автомобиля, едва начавшего разгон и потому имеющего нулевую скорость. Тогда первая пуля двинется к столбу со стандартной скоростью выстрела c=300 м/с, пройдя расстояние L=900 м до столба за время L/c=3 секунды. Когда после первого выстрела, спустя время T=1 с, будет произведён второй, машина, имеющая ускорение a=10 м/с², наберёт уже скорость V=aT=10 м/с. Это движение автомобиль дополнительно сообщит второй пуле, так что её скорость составит уже c+V=310 м/с, а время пути станет L/(c+V)=2,9 с, что примерно на величину LV/c²=0,1 секунды меньше продолжительности полёта первой пули. Следовательно, к столбу пули придут с разрывом T'=T-LV/c²=T(1—La/c²)=0,9 с, меньшим первоначального T=1 с. Как видим, эффект во многом напоминает доплеровский, но в отличие от него определяется лишь ускорением источника a и нарастает с расстоянием L. По аналогии с эффектом Доплера назовём такой неизвестный науке способ влияния на частоту "эффектом Ритца" (Рис. 27).

Рис. 27. Эффект Ритца — изменение частоты света от ускорения. Трогающийся автомобиль, набрав спустя время T скорость V, сообщает её пуле № 2. Та постепенно догоняет № 1. В итоге пули приходят с разрывом T'<T.

Реально эффект этот обычно достаточно мал в сравнении с доплеровским и потому его до сих пор редко удавалось обнаружить и на него не обращали внимания. Действительно, в знаменателе выражения La/c² стоит огромная величина c². А потому при достижимых в земных лабораториях ускорениях a и длинах L поправка частоты Δf=f΄-f получается крайне малой и трудно уловимой. Зато, как увидим, эффект становится хорошо заметен на гигантских космических расстояниях L (Часть 2). Поскольку в космосе величина Δf/f=La/c² становится достаточно большой, то это приводит к гигантским сдвигам частоты и периода. Это позволяет объяснить не только сверхмощные вспышки сверхновых и других переменных звёзд, спектральные характеристики объектов, но и космологическое красное смещение, предсказав на основе БТР правильную его величину. Впрочем, и в земных масштабах, где величина ритц-эффекта Δf/f=La/c² сдвига частоты f, пропорциональная удалённости L и лучевому ускорению a источника, крайне мала, его всё же можно зафиксировать с помощью эффекта Мёссбауэра (§ 3.7). Именно он позволил выявить предсказанный Ритцем сдвиг частоты в опыте Бёммеля, где источнику гамма-лучей, расположенному на расстоянии L=d от поглотителя, придали лучевое ускорение a. Сдвиг частоты гамма-лучей составил Δf/f=ad/c², что точно подтвердило формулу Ритца [153, с. 136].

Правда, и в теории относительности ускорение способно влиять на частоту. Однако, в ритц-эффекте, подобно доплеровскому, частота зависит не от самого ускорения a, как в теории относительности, а лишь от его проекции ar на луч зрения наблюдателя — от "лучевого ускорения". Проверить это можно с помощью того же эффекта Мёссбауэра. В астрономии и физике эффект изменения частоты принято характеризовать для определённости именно лучевыми проекциями. Так, формулу Доплера записывают в виде f΄/f=1-V_r/c, где V_r — лучевая скорость источника (в системе наблюдателя), положительная при его удалении и отрицательная, если источник приближается к наблюдателю. Здесь f — частота световых волн, сигналов, импульсов, пускаемых источником, а f΄ — частота восприятия их приёмником. Анало<