Свет и преобразование Лоренца
(рис. 1). Здесь возникает явление «деформации» (искажения величины) наблюдаемого расстояния по отношению к действительному, аналогичное эффекту Доплера. Да и соотношения оказываются пропорциональными: R / R’ = T / T’. Это обстоятельство необходимо учитывать, например, при радиолокации.
Действительная скорость относительного движения.
Обратимся к рис. 1. На нем изображены две скорости относительного движения v(t) и V. Скорость v(t) это наблюдаемая с помощью световых лучей скорость, например, спутника. Поскольку спутник движется, его движение искажает информацию, переносимую светом. Скорость v(t) зависит от угла наблюдения Q, т.е. от времени. В каждый момент времени она своя. Когда угол наблюдения становится равным 90о (Q = 90о), мы получаем значение скорости v, которая входит в преобразование Лоренца.
Как было сказано, скорость v не является действительной скоростью относительного движения инерциальных систем отсчета. Она искажена эффектом Доплера («квадратичный» или поперечный эффект Доплера). Действительную скорость V относительного движения мы можем измерить при критическом угле наблюдения, когда явления «деформации» расстояния и эффект Доплера отсутствуют.
Анализ [1] позволяет вывести формулу
(2)
Выразив скорость v через действительную скорость V, и подставив ее в формулы преобразования Лоренца, мы получим «модифицированное» преобразование, в которое входит действительная скорость относительного движения спутника и наблюдателя (относительная скорость инерциальных систем отсчета). Эта скорость уже не зависит от угла наблюдения и постоянна. Более того, скорость движения материальных тел не ограничивается скоростью света. Она может превышать
скорость света!
Заметим, что только
в системе отсчета, связанной со спутником, световой луч не претерпевает никаких изменений. Такую систему отсчета мы будем именовать базовой
системой. Если световой луч отражается от какой-то границы, то точка отражения на этой границе становится источником вторичного излучения. Она «жестко» связана с этой границей и движется с ней, если граница перемещается. Мы можем забыть о предыдущих «траекториях» луча и рассматривать эту точку, как новый
источник излучения.
Явление либрации.
Анализируя преобразование Лоренца (или модифицированное преобразование) можно установить интересный факт. Оказывается, что при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую световой луч не меняет своего поперечного сечения [3]. Он просто поворачивается
на угол аберрации δ. Этот эффект обуславливает известное в астрономии явление либрации (от лат. libratio — качание, колебание) при движении планет.
Например, суточная либрация луны это видимые периодические маятникообразные колебания Луны около её центра, вследствие которых для земного наблюдателя пятна на диске Луны перемещаются в небольших пределах то в ту, то в другую сторону. Она может достигать 1о.
Поясним на примере со спутником. Обратимся к рис. 1. Допустим, что смогли сделать фотографию неподвижного спутника в точке его действительного нахождения в момент приема сигнала. Теперь предположим, что это изображение мы видим не с этого направления, а с направления прихода лучей в точку наблюдения. Спутник будет казаться «повернутым» на угол аберрации. Это явление и есть либрация. Меняется угол аберрации, меняется и ракурс наблюдаемого объекта.
Итак, мы познакомились с теми явлениями, которые вытекают из свойств модифицированного преобразования или преобразования Лоренца. Мы описали и те явления, на которые Специальная теория относительности А. Эйнштейна «не обратила» внимания. Теперь мы можем перейти к «мысленным экспериментам» А. Эйнштейна.