Резюме
Тази страница анализира експериментите „Еднопосочно измерване на скоростта на светлината”, които използват най-новите технологични постижения днес. Резултатите от всички тези експерименти показват, че измерената скорост на светлината в посока „Изток-запад” е по-висока, а в посока „Запад-изток” е по-ниска от скоростта на светлината във вакуум. Разликата е равна на линейната скорост на повърхността на Земята на съответната географска ширина, където се провежда експериментът. Така наречената от съвременната физика „анизотропия на скоростта на светлината”, всъщност несъмнено показва, че скоростта на светлината във вакуум (в отправната система, свързана със стационарното пространство) се различава от измерената скорост на светлината в отправната система свързана със земната повърхност. Това означава, че измерената скорост на светлината не е еднаква за всички инерционни системи, което е в основата на специалната теория на относителността.
Глобалната система за позициониране „Global Positioning System“ (GPS), е глобална спътникова радионавигационна система, която осигурява висока точност на местоположението и информация за времето навсякъде по или близо до Земята, където има безпрепятствена видимост към четири или повече спътници на GPS.
С помощта на GPS, Marmet прави измервания и докладва в „GPS и постоянната скорост на светлината“, че електромагнитните сигнали пътуват в посока „запад-изток“ (от Сан Франциско до Ню Йорк) около 28 наносекунди по-дълго отколкото в посока „изток-запад“ (от Ню Йорк до Сан Франциско) (Marmet, 2000). Използвайки GPS, Kelly също установява, че електромагнитните сигнали пътуват с 414.8 наносекунди по-дълго, при обиколка на Земята близо до екватора в посока изток, отколкото когато пътуват в посока запад по същия път (Kelly, 2005). Двамата изследователи стигат до извода, че тези наблюдавани разлики във времето на пътуване възникват, защото електромагнитното лъчение (светлината) се движи по отношение на земната повърхност със скорост (c-V) в посока изток, и със скорост (c+V) в посока запад, където V е линейната скорост на движение на земната повърхност в неподвижното пространство за съответната географска ширина, a c е скоростта на светлината във вакуум.
Сега ще анализираме двата случая в двете гореспоменати отправни системи – случая „Предаване в посока изток“ и случая „Предаване в посока запад“. Предавателят, приемникът и пътят на разпространение (пътят на електромагнитния сигнал) се намират във време-пространствената област с еднакъв интензитет на гравитационното поле, която може да я наречем „в близост до повърхността на Земята“.
Какво виждат наблюдателите, разположени в гореспоменатите две отправни системи?
За наблюдателя, намиращ се в отправната система свързана с повърхността на Земята, фиксираните на земната повърхност приемаща и предавателна станции са неподвижни.
Обаче наблюдателят, разположен в стационарното пространство (в „Земно-центрираната инерционна отправна система“), ще вижда как Земята се върти, как всяка точка на земната повърхност се движи. Той ще види, че предавателната и приемната станции, твърдо позиционирани на земната повърхност, се движат в посока изток (заедно със земната повърхност), със скорост V за съответната географска ширина.
4.1. Случаят „Предаване в посока изток“. Анализ на резултатите от измерването на скоростта на електромагнитен сигнал от наблюдатели, намиращи се в разглежданите отправни системи.
Случаят „Предаване в посока изток“. Станция B се намира точно на изток от станция А. Нека фиксираната позиция на станция А и фиксираната позиция на станция B на повърхността на Земята в момента t са съответно XA(t) и XB(t). Разстоянието между станция А и станция B на земната повърхност (между XA и XB) е равно на D.
Станция А излъчва електромагнитен сигнал (светлинен лъч) на изток в момент tI до станция В, която го получава в момент tF. Интервалът от време на движение (времето на пътуване) на електромагнитния сигнал е (tF – tI ) . През този интервал от време всяка точка от земната повърхност се е придвижила в стационарното пространство на разстояние Δ=V(tF – tI ), където V е линейната скорост на движение на земната повърхност в неподвижното пространство за съответната географска ширина.
Анализ на получените резултати от измерването на скоростта на електромагнитния сигнал (или на светлинния сноп) от наблюдатели, разположени в двете по-горе споменати отправни системи.
• в „Земно-центрираната инерционна система“ („неподвижната“ в пространството отправна система).
Намиращият се в неподвижната в пространството отправна система наблюдател-1, ще вижда как фиксираните на земната повърхност предавателна и приемна станции се движат в посока изток в неподвижното пространство с линейната скорост на движение V на земната повърхност за съответната географска ширина.
Наблюдател-1 ще констатира, че електромагнитният сигнал изминава в неподвижното „празно пространство“ (във вакуум) определено разстояние – от позицията XA(tI) на станцията А в момента на предаване tI, до позицията XB(tF ) на станция В в момента на приемане tF (виж Фигура 4.1). Той ще измери, че изминатото от електромагнитния сигнал разстояние е равно на разстоянието между двете станции D на земната повърхност, плюс разстоянието Δ=V(tF – tI ), която станцията B преминава за времето на пътуване на електромагнитния сигнал (tF – tI ) със скорост V (линейната скорост на движение на земната повърхност в неподвижното пространство за тази географска ширина).
Следователно, наблюдател-1, намиращ се в неподвижната в пространството отправна система, ще измери скоростта на електромагнитния сигнал (на светлинния лъч) и ще потвърди, че тя е равна на с (скоростта на светлината във вакуум):
• В отправната система, свързана със земната повърхност.
Намиращият се на земната повърхност наблюдател-2 ще констатира, че електромагнитният сигнал ще пропътува за същия интервал от време (tF – tI) точно разстоянието D (разстоянието между фиксираните на земната повърхност предавателна и приемна станции). Следователно, наблюдател-2, намиращ се в отправната система, свързана със земната повърхност, ще измери скоростта на електромагнитния сигнал (или на светлинен лъч) и ще получи:
Очевидно, измерената скорост от наблюдател-2 е по-ниска от измерената от наблюдател-1 (уравнение (3)), а разликата е равна на линейната скорост на движение на земната повърхност в неподвижното пространство за тази географска ширина:
Този теоретичен резултат точно съответства на резултатите от гореспоменатите експерименти направени от Marmet и Kelly с помощта на GPS:
измерената скорост на светлината в отправната система свързана със земната повърхност, в посока „от запад към изток“, е равна на c2 = (cvacuum – V),
където cvacuum е скоростта на светлината във вакуум, а V е линейната скорост на движение на земната повърхност в неподвижното пространство за съответната географска ширина.
4.2. Случаят „Предаване в посока запад“. Анализ на резултатите от измерването на скоростта на електромагнитен сигнал.
Случаят „Предаване в посока запад“. Сценарият е същият:
Станция А излъчва електромагнитен сигнал (светлинен лъч) в момент tI, но сега в посока запад до станция В, която го получава в момент tF . През този интервал от време всяка точка от земната повърхност отново се е придвижила в стационарното пространство на разстояние Δ=V(tF – tI ), където V е линейната скорост на движение на земната повърхност в неподвижното пространство за съответната географска ширина. Интервалът от време на пътуване на електромагнитния сигнал в случая отново е (tF – tI ), но той е по-малък от интервала от време на пътуване (tF – tI ) на електромагнитния сигнал в случая „Предаване в посока изток“. Това е така, защото в този случай приемната станция се приближава към предавателната станция, а не се отдалечава от нея.
Анализ на получените резултати от измерването на скоростта на електромагнитен сигнал (или на светлинен лъч) от наблюдатели, намиращи се в двете гореспоменати отправни системи.
• В Земно-центрираната, „неподвижна“ в пространството инерционна система.
Наблюдател-1, намиращ се в неподвижната в пространството отправна система отново ще вижда, как фиксираните на земната повърхност предавателна и приемна станции, се движат в неподвижното пространство в посока изток с линейната скорост на движение V на земната повърхност за съответната географска ширина. Обаче в случая той ще установи, че преминатото разстояние от електромагнитния сигнал ще е равно на разстоянието между двете станции D на земната повърхност, минус разстоянието Δ=V(tF – tI ), което станцията B преминава за времето на пътуване на електромагнитния сигнал (tF – tI ) със скорост V (линейната скорост на движение на земната повърхност в неподвижното пространство за съответната географска ширина).
Следователно, наблюдател-1 (намиращ се в неподвижната за околното пространство отправна система), ще измери скоростта на електромагнитния сигнал (на светлинния лъч) и ще установи, че тя отново е равна на cvacuum (постоянната скорост на светлината във вакуум):
• В отправната система, свързана със земната повърхност:
Намиращият се на земната повърхност наблюдател-2 ще види отново, че светлинният лъч ще пропътува за същия интервал от време (tF – tI ) точно разстоянието D (колкото е разстоянието между фиксираните на земната повърхност предавателна и приемна станции). Следователно, за наблюдател-2 (намиращ се в отправната система, свързана със земната повърхност ), резултатът от измерването на скоростта на електромагнитния сигнал (на светлинния лъч) ще е:
Очевидно, измерената скорост от наблюдател-2 ще е по-висока от измерената от наблюдател-1 (уравнение (6)), а разликата ще е равна на линейната скорост на движение на земната повърхност в неподвижното пространство за тази географска ширина:
Този теоретичен резултат отново точно съответства на резултатите от гореспоменатите експерименти, направени от Marmet и Kelly с помощта на GPS:
измерената скорост на светлината в отправната система свързана със земната повърхност, в посока „от изток към запад“, е равна на c2=(cvacuum +V),
където с е скоростта на светлината във вакуум, а V е линейната скорост на движение на земната повърхност в неподвижното пространство за съответната географска ширина.
4.3. Заключение
Експериментите „Еднопосочно измерване на скоростта на светлината“ демонстрират, че измерената скорост на светлината не е една и съща в различни посоки в отправната система, свързана с повърхността на Земята.
Тези експерименти са всъщност неопровержимо доказателство, че измерената скорост на светлината в локална време-пространствена област с еднакъв интензитет на гравитационното поле не е една и съща във всички инерционни отправни системи.
Много учени са давали доказателства, че постулатът за постоянството на скоростта на светлината “е една много голяма илюзия” (Gift, 2010). Но реалната същност на нещата се избягва да се дискутира официално от физическото общество.
В днешно време, стойността на скоростта на светлината във вакуум се препоръчва от 15-то заседание на Генералната конференция по мерки и теглилки (Conférence Générale des Poids et Mesures) по следния начин:
„15-то заседание на Генералната конференция по мерки и теглилки препоръчва използването на получената стойност за скоростта на разпространение на електромагнитните вълни във вакуум c = 299 792 458 метра за секунда.“ (15th meeting of the CGPM, Resolution 2, 1975).
Може да се отправи важна забележка към Международното бюро за мерки и теглилки (Bureau international des poids et mesures, BIPM):
Очевидно е, че ако се намираме на повърхността на Земята (в отправната система свързана със земната повърхност) и искаме да измерим „скоростта на светлината във вакуум“: то трябва да вземем средната аритметична стойност на измерената скорост на светлината в двете противоположни посоки – (от изток към запад) и (от запад към изток).Тази забележка всъщност има отношение и към официално приетата в момента дефиниция на основната единица за дължина „метър“ чрез скоростта на светлината:
„Метърът е разстоянието, изминато от светлината във вакуум за 1/299 792 458 (една 299 792 458-ма) част от секундата.” (17th meeting of the CGPM, Resolution 1, 1983).
ПОСЛЕДСТВИЕ. Дефиницията на основната единица за дължина „метър“ чрез нерегламентираното измерване на скоростта на светлината във вакуум, пренася проблема върху цялата област на приложната физика и технологиите!