Эксперименты с каналовыми лучами

Сейчас сторонники СТО приводят как доказательство справедливости релятивисткой формулы ЭД эксперименты по определению среднего смещения длины волны, выполненные Айвсом и Стилуэллом в 1938 [17] и 1941 [18] годах. Но при этом сторонники СТО забывают сказать, что Айвс по значению dL хотел экспериментально подтвердить справедливость своей формулы (4-5) [16] для движения лучей света в эфире, чтобы объяснить отрицательный результат в опыте Майкельсона, т.к. являлся ярым противником СТО. И только позже, после интерпретации результатов этих экспериментов Джинсом с точки зрения СТО все стали воспринимать их эксперименты именно как подтверждающие замедление времени в СТО. А ведь когда говорят не всю правду, а полуправду, то это тоже приемы мошенников, поэтому надо будет быть очень осторожными, когда мы будем разбирать эксперименты, которые якобы подтверждают справедливость релятивистских формул ЭД в изложении современных сторонников СТО. Да, потом подобные эксперименты проводили и другие учёные, которые получили аналогичные результаты, но, как пишут авторы [21], заслуживают внимания, пожалуй, только эксперименты Айвса и Стилуэлла и Мандельберга и Виттена (выполненные в 1962 году), поэтому мы рассмотрим именно их (далее для краткости я буду кругом писать Айвс и К или Мандельберг и К и т.д.).

Рис. 8. Оптическая схема экспериментов Айвса (а) и Мандельберга (б) слева и Победоносцева справа. Левый рисунок - а: 1 – зеркало, 2 – щель спектрографа; б: 1, 3 – зеркала, 2 – экран, 4 – полупрозрачное зеркало, 5 – призма, 6 – щель спектрографа. Правый рисунок - б: 1 – щель спектрографа, 2 – кубик Люммера, 3 – сферические линзы, 4 – цилиндрические линзы, 5 – гибкий световод, 6 – щелевой коллиматор света.

В обоих этих экспериментах авторы использовали каналовые лучи, т.е. разогнанные в электрическом поле ионы водорода Н2+ (два протона и один электрон), которые, как нам объясняют, при столкновении с неускоренными молекулами водорода, которыми заполнялась установка, распадались на свободные протоны и возбуждённые атомы водорода. В результате их же столкновений образовывались неподвижные атомы водорода в возбуждённом состоянии. Таким образом, в эксперименте должны наблюдаться три линии: несмещённая с длиной волны L0 (одна из линий серии Бальмера) и эта же линия с длинами волны L1 и L2, смещёнными вследствие ЭД при их наблюдении с разных направлений по отношению к движению пучка ионов. Принципиальные схемы этих установок показаны на рис. 8, где Н2+ это движущийся слева направо пучок ионов. У Айвса и К на спектрограф напрямую попадало излучение из начала пучка ионов, т.е. приближающихся к спектрографу, а излучение от ионов при удалении их от спектрографа попадало на него из конца пучка ионов, отразившись от сферического зеркальца. А у Мандельберга и К, при движении ионов так же слева направо, излучение от начала пучка до экрана попадало на левое зеркало 1, а от экрана до конца пучка попадало на правое зеркало 3, т.е. от зеркала 3 излучение было по ходу движения ионов, а от зеркала 1 против их движения и далее, отраженные от зеркал излучения, с помощью зеркала и призмы попадали на щель спектрографа.

Принципиальным недостатком этих установок является то, что излучение в прямом и обратном направлениях имеет немного разные скорости по абсолютной величине, т.к. ионы при движении в разряженном водороде хоть немного, но тормозятся. Кроме этого, у них излучение регистрируется под углом к скорости пучка, хотя у Мандельберга и К эти углы и очень близки к 0 и 180 градусам. Ну и, естественно, у них были очень маленькие скорости ионов, т.к. максимальное напряжение у Айвса и К было 42,28 кВ, а у Мандельберга и К - 78 кВ, что для ионов водорода Н2+ при их массе 3,3509*10^-27 кг даст скорости 0,00671*с и 0,00911*с. При этом Айвс и К использовали и ионы Н3+, но они при большей массе дадут ещё меньшую скорость.

Недостатки установок Айвса и Мандельберга были устранены в установке Победоносцева и К [21] в 1989 году, схема которой дана на правом рис. 8 и где мы наблюдаем общий ЭД. Для того чтобы излучение в прямом и обратном направлениях происходило из одного и того же участка пучка ионов, они применили щелевой коллиматор, который был установлен под углом в 77 градусов к оси пучка ионов. В результате излучение по ходу движения ионов было под углом в 77 градусов к пучку, а в противоположную сторону под углом в 257 градусов. Таким образом, здесь при расчете релятивистского множителя надо учитывать полную скорость пучка ионов, а в остальной части формулы (4-3) только ее часть V*cos(77). Существенным было так же то, что у них установка позволяла разгонять ионы до энергии 2000 кэВ, что позволяло получать скорость ионов 0,04613*с и то, что они использовали для калибровки спектрограмм подсветку неоном, который давал вблизи изучаемой ими несмещенной линии излучения ионов водорода Н2+ с длиной волны 6562,8 А (652,28 нм) еще три полосы.

Да, Айвс и К хоть и подтвердили эффект замедления времени на движущемся источнике, что и требовалось Айвсу для объяснения отрицательного результата в опытах Майкельсона согласно его формуле, но достоверность их экспериментальных данных и ранее вызывала много вопросов и вызывает сейчас. Например, уже в 1939 году Оттинг критиковал их и за сферическое зеркальце, которое при конечной ширине пучка излучения приводило к нелинейной зависимости от угла падения на него излучения и за то, что у них было слишком большое время освещения фотопластин и они не фотометрировались. Да и Джинс в том же 1939 году писал о том, что из-за того, что, якобы неподвижные атомы водорода, могут увлекаться пучком ионов и иметь некоторую положительную скорость, и центральная линия может смещаться в синюю сторону, а это приведет к завышенному значению асимметричного смещения от центральной линии в красную сторону. Причем, при некоторых условиях такая погрешность может быть порядка величины наблюдаемого эффекта. Поэтому во второй их работе 1941 года, где Айвс и К приводят результаты уже с энергией частиц до 42,28 кэВ, они уделили очень много внимания замечаниям сделанным Оттингом и Джинсом.

Но вот, как пишут Победоносцев и К, только за счёт того, что излучение в прямом направлении и обратном у них бралось из разных участков пучка ионов, то за счёт замедления ионов в атмосфере водорода, напускаемого в рабочую область установки, скорость ионов в обратном направлении будет меньше, чем в прямом. А при тех напряжениях разгона ионов, что они использовали (до 43 кВ), это может дать погрешность сопоставимую с самим эффектом, и, например, при напряжении до 34 кВ погрешность будет даже больше самого эффекта асимметрии в смещении линий. Поэтому ни о какой достоверности этих данных, при такой грубой ошибке в методике проведения экспериментов, не может быть и речи. А мне, к тому же, не нравится и то, как Айвс и К учли угол отклонения скорости пучка ионов от скорости излучения в 7 градусов. В работе [17] (см. там табл.1) они приняли, что истинные наблюдаемые данные будут равны полученным наблюдаемым данным деленным на cos(7), но это не правильно, т.к. в наблюдательных данных мы фиксируем полный результат, а угол надо учесть только в части эффекта. Поэтому наблюдаемые данные надо было оставить в покое, а вот для расчетных данных надо было для релятивистского множителя в формуле (4-3) взять полную скорость пучка ионов, а скорость отвечающую только за сам ЭД надо было умножить на cos(7). Да, тут у нас появляется погрешность в 2 %, которая не может повлиять принципиально на результаты экспериментов, но такая элементарная ошибка в обработке данных подрывает доверие к полученным результатам.

Давайте теперь рассмотрим экспериментальные данные Победоносцева и К. Сразу замечу, что у меня ни к методике проведения экспериментов, ни к экспериментальной установке замечаний нет, если не считать того, что они не определяли скорость каналовых лучей непосредственным измерением, а рассчитывали,, как и все, по энергии затраченной на разгон V=sqrt(2*E/m). В том виде, как авторы статьи изложили эти данные, когда они дали ошибку по расчету относительной разности отклонений длин волн в красную и синюю стороны при противоположных углах наблюдения, где ошибка получается почти 50%, ясно видно, что их данные не подтверждают релятивистскую формулу (4-2). Правда, при этом они подчеркнули в статье, что сейчас никто не сомневается в справедливости релятивистской формулы (наверное, чтобы пропустили статью в печать), а расхождения с наблюдаемыми данными можно объяснить неясностью с процессами излучения в атомах. А вот с этим последним уточнением я полностью согласен, и поэтому, прежде чем использовать в экспериментах по ЭД процессы излучения в атомах, надо бы сначала хорошенько разобраться с самими процессами излучения. И с разгоном частиц в ускорителях тоже не мешало бы разобраться, а то используем при проведении экспериментов скорости частиц, рассчитанные по энергии, затраченной на их разгон, совершенно не учитывая КПД этих ускорителей - в результате получаем частицы с огромными энергиями, но со скоростями всегда меньше скорости света, что почему-то объясняют мифическим увеличением массы частиц с ростом скорости. Но почему-то это увеличение массы при рассмотрении экспериментов с излучением частиц никак не учитывают при расчёте частот излучения. И если мы, например, посмотрим на абсолютные значения отклонений в эксперименте Победоносцева и К (см. табл. 5), то мы увидим, что все расчетные данные, как по классической формуле, так и по релятивистской, получились немного больше, чем наблюдаемые значения, что может быть косвенным доказательством того, что при разгоне частиц в электрическом поле КПД ускорителей всегда меньше 100%. Но даже если бы в экспериментах Айвса и К замерялась скорость каналовых лучей непосредственно пролётным методом, то эти эксперименты всё равно являются явно некорректными и поэтому не могут ничего доказать в принципе. А вот экспериментальные данные, полученныеПобедоносцевым и К, могли бы быть использованы для подтверждения релятивистской формулы для ЭД, но при непосредственном замере скорости каналовых лучей, чего не делалось.

Давайте хотя бы из любопытства посмотрим, что у нас получится, если мы посчитаем по формулам (4-3), (2) и (2) с аберрационными поправками только для источника излучения, т.к. в этом эксперименте покоился спектрограф (приёмник), т.е. согласно моей формуле (3-1). Для этого на форме 1 в программе Dopler6 зададим исходную длину волны в окошке <v0(L0)> и, чтобы расчет велся именно по длине волны, отметим чекбокс <L/L0>. Теперь в окошке <X, V/Vs> задаем скорость источника в долях скорости сигнала, предварительно включив переключатель <VX2>, и нажимаем на кнопку <Расчет по V1, V2 или V12= X при Q=>, задав так же и нужное значение угла Q=77 или Q=103 градуса. Результаты из окошка <dv(dL)> при расчете по различным формулам заносим в табл. 5. При этом надо убрать галочки у чекбоксов <учесть запаздывание по координатам>, т.к. мы задаем уже запаздывающие углы, и <для (3) точный расчет dv1 и dv2>, т.к. для наглядности я произвел расчет аберрационных поправок по упрощенным формулам (5-11) и (5-12).

Таблица 5. Наблюдаемые данные для смещения линии иона водорода 656,28 нм в красную dLk и синюю dLsстороны при разных скоростях ионов и расчетные данные по разным формулам, где красное смещение наблюдается при угле 180-77=103 градуса, а синее при угле 77 градусов.

Как видно, все расчётные данные значительно отличаются от наблюдаемых, к тому же данные по формулам (4-3) и (3-1) практически совпадают, и невозможно сказать, какая из этих формул лучше отражает наблюдаемые данные. Но такие близкие результаты получаются только при малых скоростях, а уже при скорости источника 0,3*Vs у нас будет при угле наблюдения 77 градусов смещение для (4-3)= -14,74, а для (3-1)= -17,56, хотя при угле 180-77=103 градуса результаты все равно будут очень близкими - для (4-3)= +78,12, а для (3-1)= +79,54. А, как мы видим на рис. 5, только при углах значительно меньше 77 градусов расхождения между данными рассчитанными по формулам (4-3) и (3-1) становятся заметными поэтому данные эксперимента Победоносцева и К мало пригодны для нашего анализа. А других корректных данных, чтобы проверить ими формулы (4-3) и (3-1) или (3-2) у меня в распоряжении нет. При этом, даже, если мы рассчитаем аберрационные поправки dv1 и dv2 не по приблизительным формулам, а по точным, то для данных в эксперименте Победоносцева и К нам это ничего не даст. Ведь расхождения в данных рассчитанных по формулам (3-1) и (3-2) с точными значениями аберрационных поправок и с приблизительными будут отличаться между собою при углах и при скоростях, которые были в эксперименте, только в 4-м знаке после запятой, а экспериментальные значения в табл. 5 приведены с точностью до 3-го знака. Таким образом, все эксперименты с каналовыми лучами не могут пока подтвердить ни релятивистскую формулу для ЭД ни классическую.