Измерение скорости света Солнца

В конце 40-х годов во время подготовки в нашей стране дискуссии о сущности теории относительности, С. И. Вавиловым, президентом АН СССР, было решено поставить лабораторный опыт по проверке достоверности постулата с = const. В качестве движущегося источника предполагалось использовать каналовые лучи, быстро движущиеся возбужденные атомы и молекулы, в частности, водорода. Но внезапная кончина Вавилова и возникшие в связи с этим организационные трудности, а также техническое несовершенство имевшейся аппаратуры, трансформировали намечавшийся экспериментов тот, который был выполнен под руководством А.М.Бонч-Бруевича [4, 7]. Качественная сторона опыта не отвечает поставленной задаче. Движущимся источником были края вращающегося Солнца, линейная скорость которых 2 км/сек. Проводилось поочередно сравнение скорости света от краев, приближающегося к наблюдателю и удаляющегося от него.

Итак, скорость света – 3 10⁸ км/сек. Искомая величина - 2 км/сек составляет 0,001% от измеряемой и "замаскирована" тем, что излучающая поверхность Солнца состоит из движущихся жидкостных и газовых потоков, имеющих скорость гораздо большую 2 км/сек. Во-вторых, база, на которой проводились измерения, находилась в атмосфере Земли, имеющей переменную оптическую плотность и вносящей существенную ошибку в измерения. По условиям проведения в этих опытах были повышенные ошибки измерения. Для сравнения можно указать, что наиболее точные лабораторные измерения скорости света, выполненные в 1926 г. Майкельсоном, при ошибке плюс/минус 4 км/сек имели разброс результатов 60 км/сек, [8, 67].

Поэтому не удивительно, что авторы разбираемого эксперимента по определению скорости света от движущегося источника изменения скорости в 2 км/сек, не обнаружили, а наблюдаемые в некоторых сериях измерений отклонения скорости света в сотни км/сек, которые, вероятно были вызваны излучением выбросов солнечного вещества, протуберанцами, не учитывались как ошибочные.

Мое изложение раздела соответствует тексту воспоминаний А.М.Бонч-Бруевича.

А.М.Бонч-Бруевич пишет: «В этом первом послевоенном разговоре со мной Сергей Иванович сказал, что он может помочь мне, взяв к себе в докторантуру. Тут же он сказал, что у него давно было желание поставить релятивистский опыт первого порядка относительно величины v/c, в котором в лабораторных условиях экспериментально прямо наблюдать независимость скорости света от скорости движения источника излучения. По мнению Сергея Ивановича, такой релятивистский опыт, если бы он был успешно выполнен, вполне мог бы послужить докторской работой. К словам Сергея Ивановича о докторантуре я отнёсся с большой скрытой радостью. От М.А. Леонтовича я знал, что докторантура едва ли не единственная возможность уйти из закрытого учреждения, так как по закону докторанта нельзя было не отпустить. Докторантура же у Президента Академии наук делала эту возможность практической реальностью. Я ушёл от Сергея Ивановича в эйфории, унося его книжку "Экспериментальные основания теории относительности" [2].

Идя к Сергею Ивановичу, я никак не мог всерьёз рассчитывать, что он, так мало зная меня, заговорит сразу о докторантуре, без предварительной работы, например, в одной из лабораторий ФИАНа. Поэтому моя радость была вполне понятна, но должен сказать, что релятивистский опыт вверг меня в некоторое смущение.

Мысленно возвращаясь к разговору с Сергеем Ивановичем, я понял его мудрость. У меня не было за душой работ, которые делали бы меня известным в какой-либо области физики, и развитие которых могло бы послужить докторской диссертацией. В то же время выполнение достаточно сложной общефизической классической работы могло оправдать такие претензии. Это хорошо, но я опасался, что при этом у научного сообщества могут возникнуть подозрения, что я сомневаюсь в специальной теории относительности. (Здесь и далее курсив и жирным выделено мной. В.С.). Этими опасениями я поделился с Сергеем Ивановичем при моём следующем приходе к нему в ФИАН. Я хорошо запомнил его ответ. Он считает, сказал он, что каждое серьёзное положение, а уж тем более фундаментальное положение в физике, должно быть подтверждено прямым экспериментом. Отсутствие такого эксперимента, а вместо этого опора на следствия, сколько бы их ни было, может порождать у не шибко грамотных людей сомнения. Эти сомнения задерживают развитие науки, с ними приходится бороться и тратить на это силы и время. В этом важность любого надёжного эксперимента, поставленного с целью прямого подтверждения второго постулата. Сергей Иванович неоднократно подтверждал эту свою позицию значимости прямых экспериментов в физике, а я неизменно вспоминал её, когда встречался с работами, в которых вновь высказывались сомнения во втором постулате специальной теории относительности.

Сергей Иванович, кроме того, ещё раз подчеркнул, что в задуманном им эксперименте речь идёт о релятивистском опыте первого порядка, а таких опытов до настоящего времени нет. Опыт же, предлагаемый Сергеем Ивановичем, действительно, был и убедителен, и изящен. Я его излагаю в статье 1956 г. в журнале "Оптика и спектроскопия"[3]. Поэтому я его подробно описывать не буду, а скажу лишь несколько слов о его идее. В опыте предлагалось не измерять скорость света, а сравнивать время прохождения световыми сигналами в одну сторону сравнительно небольшого (в пределах лаборатории) фиксированного пути при разных, но больших скоростях источника излучения. Источником излучения должны служить возбужденные атомы, движущиеся со скоростью, не слишком малой по сравнению со скоростью света. Такие атомы могут быть получены путём перезарядки ускоренных до этих скоростей ионов. Меняя ускоряющую ионы разность потенциалов, можно изменять скорость источника излучения, а, изменяя интенсивность ионного пучка при постоянной скорости ионов, - модулировать интенсивность оптического излучения без взаимодействия излучающих атомов с той или иной материальной средой.

Что же касается времени прохождения светом базы, то, после    некоторого обсуждения уже в процессе работы, было решено, что для его фиксации может быть применён фазовый метод. Тогда при гармонической модуляции интенсивности излучения сам эксперимент сводится к регистрации в конце базы фазы этой модуляции относительно фазы модуляции в источнике. Этот сдвиг фаз должен сохраняться неизменным при вариациях ускоряющего ионы напряжения, т.е. при изменении скорости движения источника излучения. Замечательно, что если не применять фокусирующую оптику при направлении излучения на базу, то полностью исключается взаимодействие излучения с материальной средой начиная от его испускания вплоть до попадания на фотоприёмник. Забегая вперёд, скажу, что в такой постановке опыт, к моему великому сожалению, я выполнить не смог».

«… я позволю cе6e добавить ещё несколько слов о работе заданной мне Сергеем Ивановичем - пишет далее А.М.Бонч-Бруевич. В лаборатории в ГОИ, где ко мне отнеслись очень доброжелательно, среди других сотрудников были и мои друзья. Может быть, и с недостаточной энергией и сосредоточенностью я занялся двумя основными блоками будущей установки - источником излучения и фазометром. В то время Л.А. Туммерман и М.Д. Галанин построили в ФИАНе прибор для исследования быстрых процессов люминесценции - фазовый флуорометр. Его фазометрическая часть подходила для моей работы. Мы (я с появившимися у меня двумя сотрудниками) собрали флуорометр лишь немного отличавшийся от флуорометра Туммермана и Галанина. Предел его разрешающей способности определялся как естественной (шумовой) нестабильностью отсчёта фазы, так и уровнем сигнала. Это задавало требования к скорости источника излучения и длине базы, а также к интенсивности излучения движущимися атомами. И вот тут дело оказалось плохо. Сначала очень грубые опыты с капиллярно-дуговым источником ионов водорода, который мною был сделан, а затем оценки с учётом сечений перезарядки и достижимой разумной плотности возбужденных атомов, сделанные с помощью сотрудников ленинградского ФТИ, показали, что мы на порядки далеки от требующихся величин. Для выполнения работы нужно располагать чем-то вроде протонного генератора с камерой перезарядки. Такой генератор могли сделать только специалисты и то далеко не сразу. Эту ситуацию мы несколько раз обсуждали с Сергеем Ивановичем и в ГОИ, и в ФИАНе. Мне очень хотелось решить, что делать дальше, чтобы в глазах Сергея Ивановича я не выглядел неумехой. Уже приближался срок окончания моей докторантуры, но Сергей Иванович очень не хотел прекращать работу. Он полагал, что можно найти возможность решить задачу с источником быстрых возбужденных атомов и, если необходимо, продлить срок докторантуры.

В январе 1951 г. Сергея Ивановича не стало. При этом, естественно, моей докторантуре пришёл конец. Я был зачислен старшим научным сотрудником в ГОИ, и у меня появились совершенно другие задачи. Институт был готов предоставить мне возможность закончить диссертационную работу, но создать необходимый достаточно интенсивный источник излучения не было надежды. Кроме того, у меня опять возникли сомнения в восприятии физиками самого факта постановки релятивистского опыта, который до сих пор находился под защитой авторитета Сергея Ивановича. Я обратился за советом к бывшим в курсе моей работы С.Э. Хайкину, М.А. Леонтовичу, Г.С. Ландсбергу и, кроме того, к А.Ф. Иоффе. Все в один голос высказались за продолжение работы. Г.С. Ландсберг, понимая трудности создания необходимого источника на быстрых атомах, предложил использовать в качестве движущихся источников излучения левый и правый края диска Солнца с разностью тангенциальных скоростей 3,9 км/сек и, соответственно, использовать более протяжённую базу. Это предложение лишало опыт его первоначальной красоты, но, по-видимому, было единственной, реальной возможностью довести его, хотя бы в сильно деформированном виде, до конца.

Я воспользовался советом Г.С. Ландсберга. При содействии ГОИ и сотрудников Пулковской обсерватории была создана соответствующая установка, и опыт был поставлен. Диссертация была защищена, причём оппонентами были А.Ф. Иоффе, С.Э. Хайкин и В.Л. Левшин. Об этой работе пишет Г.С. Ландсберг в своей книге "Оптика" [1]. Я называю эти имена для того, чтобы показать, что реализованная даже в сильно усечённом виде идея Сергея Ивановича о релятивистском опыте первого порядка была признана физиками.

Теперь уже совсем частное замечание. Я не люблю эту работу и редко упоминаю о ней потому, что у меня всё время остаётся ощущение, что я не оправдал надежд Сергея Ивановича. Между тем в дальнейшем, уже после кончины Сергея Ивановича, вновь и вновь появлялись работы, авторы которых искали экспериментальное подтверждение второго постулата специальной теории относительности и доказательство несостоятельности баллистической гипотезы Ритца. Это были обсуждения видимых траекторий двойных звезд, углового распределения синхротронного излучения, оценка скорости распространения излучения при ядерных процессах... Но прямой опыт в лабораторных условиях, как его задумал Сергей Иванович, поставлен не был».

Список литературы фрагмента воспоминаний А.М.Бонч-Бруевича.

1. Ландсберг Г.С. Общий курс физики Т.3 Оптика 4-изд. (М.: Гостехиздат, 1954)

2. Вавилов С. И. Экспериментальные основания теории относительности (Сер. "Новейшие течения научной мысли", № 3-4) (М.-Л.: Гос. изд., 1928); в кн.

Собрание сочинений Т.4 (М.:Изд-во АН СССР, 1956) с.11.

3. Бонч-Бруевич А.М., Молчанов В.А. «Новый оптический релятивистский опыт» Оптика и спектроскопия 1. 113 (1956)

Одной из первых прочитанных мною книг посвященных теории относительности была изданная в 1928 году работа С.И.Вавилова «Экспериментальные основания теории относительности», в которой я не нашел «оснований» теории, но не нашел и тени сомнения в истинности самой теории. В многочисленных дискуссиях тех лет С.И.Вавилов всегда выступал вместе с апологетами теории относительности. Тогда как, судя по стремлению провести прямой эксперимент для подтверждения второго постулата, он ясно сознавал несостоятельность теории, но держал это в тайне, открытое сомнение в истинности ТО было чревато для его карьеры. И только став президентом АН СССР, он позволил себе вольность, приступил к постановке ключевого для ТО эксперимента, за что, вероятно, и поплатился. Если бы он был бы жив, то, несомненно, довел бы задуманное до конца, что было бы и концом теории относительности. Не в этом ли кроется причина внезапной скоропостижной смерти С.И.Вавилова?

И это не безосновательно. Например, наиболее сильное хорошо запомнившееся чувство у А.М. Бонч-Бруевича в воспоминаниях о времени проведения эксперимента это чувство страха: «А не заподозрят ли его физики релятивисты в крамоле - сомнениях в значимости теории относительности?». Он понимал, что критическое отношение к теории грозило ему большими неприятностями.

Президент АН СССР и члены Академии релятивисты, а также их зарубежные коллеги в средине прошлого века знали, что постулат c=const не имеет экспериментального обоснования. Проведенный А.М.Бонч-Бруевичем эксперимент не был прямым лабораторным опытом, не только потому, что он был не такой, как его задумывал С.И.Вавилов. Но и потому, что его постановка и проведение ни в малейшей степени не отвечали поставленной задаче из-за малости искомого эффекта и повышенных объективных помех, ведущих к очевидной без результативности. А.Ф.Иоффе, Г.С.Ландсберг и другие не могли этого не видеть уже в момент обсуждения предполагаемых результатов. Однако, более чем сомнительный эксперимент был ими инициирован, и его не ничему не обязывающие результаты безоговорочно признаны как подтверждающие c=const. С тех пор не было проведено ни одного прямого эксперимента по доказательству второго постулата ТО. Тем не менее, в современных учебниках написано, что «постулат c=const - есть результат обобщения опытных фактов», что подтверждает существование группы мошенников релятивистов.

Вызывает недоумение предложение С.И.Вавилова о необходимости проведения эксперимента «с целью прямого подтверждения второго постулата». Простой анализ изменений длительности периода Ио, спутника Юпитера, впервые измеренных О. Ремером почти за три столетия ранее, показывает, что скорость света подчиняется классическому закону сложения скоростей. Поэтому релятивисты не пишут в учебниках об этом анализе. Повторение наблюдений О. Ремера отличается от проведенного А.М.Бонч-Бруевичем эксперимента доступностью, достоверностью и не вызывающей сомнений точностью современных измерений.

Несмотря на признание физиками результатов проделанной работы положительными, в заключение А.М.Бонч-Бруевич пишет, что вывод из проведенного им эксперимента о подтверждении истинности постулата с=const, внесенный в учебное пособие Г.С.Ландсберга «Оптика», на самом деле не соответствует истине, он «не оправдал надежд Сергея Ивановича». Поэтому воспоминания по содержанию должны иметь подзаголовок: «Покаяние». Не мог Алексей Михайлович на склоне лет поступить иначе, видно давил грех обмана, сознался в ложных выводах эксперимента. Покаялся не только перед С.И.Вавиловым, но и перед всеми обманутыми.

Примем его покаяние.