Структурная схема измерительного устройства

Схематический рисунок изготовленного интерферометра показан на рис.5 (вид сверху). Здесь сохранены обозначения основных узлов, принятые на рис.3. Дополнительно показаны: 4,5 - узлы настройки интерферометра; 6,7 – стойки для крепления полупрозрачных пластин и зеркал;

Рис.5. Конструкция интерферометра

8 - рама интерферометра; 9 - источник питания осветителя; 10 - включатель осветителя; 11 - узел крепления окуляра; 12 - теплоизолирующий кожух (разрез); 13 - съемная стенка кожуха со стороны окуляра. Рама 8 изготовлена из стального профиля П - образного сечения. Толщина стенок профиля 0,007 м. Высота профиля 0,02 м. Длина рамы 0,7 м, ширина 0,1 м. Узлы интерферометра укреплены на плоской поверхности рамы. Стойки 6 и 7 изготовлены из прямоугольных медных труб с внутренним сечением 0,01 м ´ 0,023 м. Лучи света проходят внутри этих труб. Расстояние между лучами P₁M₂ и M₁P₂ равно 0,12 м. На стойках, в точках P₁, P₂ установлены полупрозрачные пластины, в точках M₁, M₂ - зеркала. В изготовленном интерферометре в качестве полупрозрачных пластин использованы плоскопараллельные стекла толщиной 0,007 м. Стекла и зеркала удерживаются на стойках 6 и 7 с помощью пружин. Стекла, зеркала и узлы их крепления на рис.5 условно не показаны. Узлы 4 и 5 позволяют изменять положение стоек 6 и 7 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Труба 2 стальная с внутренним радиусом а_р = 0,0105 м. Длина трубы l_p = 0,48 м. Узлы крепления трубы условно не показаны. В качестве осветителя применен полупроводниковый лазер с длиной волны l» 6,5×10^-7 м. Окуляр 3 со шкалой позволяет измерить минимальное смещение полос интерференционной картины величиной D _min = 0,05. Оптические пути расположены параллельно плоскости рамы. На рис.6 представлен фотоснимок интерферометра. Сняты верхний и боковые фрагменты защитного кожуха. В рабочем положении интерферометр полностью закрыт кожухом 12 и размещен на предметном столе из диэлектрического материала толщиной 0,02 м. Повороты интерферометра обеспечивалось с помощью поворотного устройства, расположенного между предметным столом и опорой. Конструкция опоры обеспечивает установку интерферометра в горизонтальное положение.

Рис.6. Фотоснимок интерферометра

Кожух 12 изготовлен из жесткого вспененного теплоизоляционного материала и в поперечном сечении представляет собой прямоугольную трубу с внутренними размерами: ширина b_c = 0,22 м, высота h_c = 0,11 м, длина l_c = 0,8 м. Толщина стенок кожуха 0,06 м. Стенка 13 изготовлена из мягкого теплоизоляционного материала. На рис.7 показан фотоснимок интерферометра на измерительном пункте. Видны опора, круг поворотного устройства, предметный стол и интерферометр в защитном кожухе.

Рис.7. Интерферометр на измерительном пункте

Отметим особенности работы изготовленного интерферометра. В отличие от схемы, приведенной на рис.3, реальная конструкция содержит кожух 12, который может существенно влиять на работу интерферометра. Рассмотрим движение физического вакуума сквозь материал кожуха 12, как движение газа сквозь пористую среду, что позволяет применить положения теории фильтрации [25]. Пусть на рис.5, справа налево, движется поток физического вакуума. В потоке условно выделим три части. Первая часть движется за пределами кожуха 12, вторая - внутри боковых стенок кожуха, третья проходит обе торцевые стенки кожуха и движется во внутренней полости кожуха. Известно, что скорость фильтрации W_f определяется законом Дарси W_f = k_f h_n L ^-1, где k_f - эмпирический коэффициент фильтрации; h_n - напор, теряемый на длине пути фильтрации L. Согласно закону Дарси скорость потока при фильтрации обратно пропорциональна длине пути фильтрации. Можно видеть, что из трех выделенных выше частей потока физического вакуума наименьшей скоростью обладает вторая часть, движущаяся внутри боковых стенок кожуха, поскольку она имеет наибольшую длину пути фильтрации L, равную длине кожуха. Согласно уравнению Бернулли, в части потока газа, движущегося с меньшей скоростью, давление наибольшее [22,23]. Следовательно, в части потока физического вакуума, движущегося в толще боковых стенок кожуха, давление выше, чем в прилежащих частях потока. Такая часть потока, с повышенным внутренним давлением, выполняет роль стенки трубы, которая, по отношению к кожуху интерферометра, разделяет поток физического вакуума на внешний и внутренний. Отсюда следует вывод, важный для дальнейшего анализа работы изготовленного интерферометра - защитный кожух интерферометра, изготовленный из пористого диэлектрического теплоизолирующего материала, по отношению к потоку физического вакуума исполняет роль направляющей системы. (Результаты экспериментальной проверки этого предположения приведены ниже в разделе "испытание интерферометра".) В таком случае, внешним по отношению к трубе 2 потоком физического вакуума следует считать движение физического вакуума во внутренней полости кожуха 12, в которой, как и в трубе 2, начиная с момента t ₀ , будет развиваться движение физического вакуума.

На рис.8 в нормированном виде представлен результат расчета зависимости D (t)

Рис.8. Изменение смещения полос интерференционной картины во времени

Ожидаемая длительность динамического режима работы интерферометра t_d» 10,3 сек. Величины D (t_m) и t_d в предложенном методе измерения являются измеряемыми. Из рис.8 следует, что для выполнения одноразового измерения величины смещения полос интерференционной картины D (t_m) требуется время t_sD = t_m. Соответственно для одноразового измерения длительности динамического режима работы интерферометра t_d требуется время t_sd = t_d. Относительно малые значения длительности одноразовых измерений величин D (t_m) и t_d существенно облегчают требования к параметрам тепловой защиты интерферометра. Согласно рис.8 тепловая защита должна быть такой, чтобы при измерениях величины D (t_m) скорость температурного дрейфа полос интерференционной картины V_D не превышала значения V_D = D _min / t_sD , или V_D < 0,06 полосы/сек, а при измерениях длительности динамического режима работы интерферометра t_d величина V_D не должна превышать значения V_D = D _min / t_{sd ,} или V_D < 0,0048 полосы/сек.

Испытание интерферометра. Испытания включали в себя статические и динамические испытания жесткости конструкции изготовленного интерферометра и устойчивости интерферометра к тепловым воздействиям. На заключительном этапе испытаний измерено значение кинематической вязкости физического вакуума, что позволило экспериментально уточнить метрологические свойства интерферометра.

Жесткость интерферометра проверена двумя способами. По первому способу интерферометр устанавливался на твердой горизонтальной поверхности. Один из краев рамы поднимался так, что угол наклона плоскости рамы к плоскости поверхности достигал» 20^o. В таком положении рамы смещение полос интерференционной картины, обусловленное упругими деформациями интерферометра, не превышало 0,3 полосы (D £ 0,3). По второму способу жесткость интерферометра проверялась в собранном виде, в рабочем положении. Углы наклона интерферометра до 10^o создавались наклоном предметного стола. Заметного смещения полос не наблюдалось. Следовательно, в указанных пределах изготовленный интерферометр не чувствителен к ошибкам его установки в горизонтальное положение.

Проверена устойчивость интерферометра к ударным нагрузкам. Легкие удары по раме интерферометра, предметному столу и опоре вызывали дрожание полос интерференционной картины на протяжении долей секунды. При этом интерференционная картина не разрушалась. После прекращения ударных нагрузок полосы сохраняли начальное положение.

Испытания интерферометра на местности, выбранной для экспериментальных исследований, показали следующее. Движение пешеходов и легковых автомобилей в 20 метрах от места установки интерферометра и передвижение наблюдателя в непосредственной близости от места установки не вызывало заметного смещения или дрожания полос. В ветреную погоду, при скорости ветра до 6 м/сек, интерференционная картина устойчива. Следовательно, местность, выбранная для размещения измерительного пункта, пригодна для проведения систематических измерений в оптическом диапазоне волн.

Тепловые испытания интерферометра в натурных условиях проведены в летнее время года, в безоблачную погоду. Задавалась различная ориентация интерферометра по азимуту. В неподвижном положении интерферометр нагревался солнечным излучением. За время 30 минут смещение полос не превышало значения D = 0,35 (V_D» 0,0002 полосы/сек). Следовательно, конструкция интерферометра и качество его тепловой защиты таковы, что позволяют выполнять в натурных условиях одноразовые измерения, с длительностью процедуры измерения до 250 сек, что существенно превышает требуемую длительность процедуры одноразового измерения (» 15 сек).

Принцип действия метода измерения позволил выполнить динамические испытания жесткости конструкции интерферометра в рабочем положении. При этом процедуры испытаний не отличались от процедур принятой методики измерений. Сущность испытаний заключается в следующем. Пусть в интерферометре каждый из лучей света проходит вдоль осей труб с равными геометрическими размерами. Тогда в динамическом режиме работы интерферометра процессы установления движений физического вакуума в каждой из таких труб идентичны. В этом случае, согласно выражению (36), величина смещения полос интерференционной картины D (t), должна равняться нулю и это должно выполняться при достаточной жесткости конструкции. Испытания выполнены в натурных условиях в различных сезонах года и в различное время суток. Применялись трубы равных геометрических размеров, изготовленные как из однородных, так и из разнородных материалов (металл, непрозрачный диэлектрик, стекло). Во всех случаях после поворота интерферометра заметного смещения полос интерференционной картины не наблюдалось. За исключением попыток применения резкого, неспецифического прекращения вращения интерферометра, с целью наблюдения эффектов упругой деформации конструкции интерферометра. В таких попытках наблюдалось смещение полос величиной D £ 0,2 на протяжении долей секунды, после чего полосы занимали исходное положение. Результаты динамических испытаний показали, что жесткость конструкции изготовленного интерферометра достаточна для выполнения процедур, предусмотренных методикой проведения измерений. Важным результатом этого этапа испытаний явилось экспериментальное подтверждение представления, что для потоков физического вакуума трубы, изготовленные из диэлектриков, могут являться такими же направляющими системами, как и металлические трубы.

Динамические испытания интерферометра с двумя трубами равных размеров позволили снять предположение о возможном влиянии внутренних температурных эффектов на результаты измерений. Так, можно предположить, что в натурных условиях отдельные узлы прибора могут иметь различные температуры. Вследствие этого, в динамическом режиме работы, потоки воздуха внутри кожуха, в разных частях прибора, могут приобретать различную температуру, что может приводить к ошибкам измерений. Результаты испытаний показали, что если сделанное предположение и имеет место, то влияние его мало и лежит за порогом чувствительности изготовленного интерферометра.

Динамические испытания интерферометра подтвердили известный результат, что движение однородного потока воздуха в оптических путях интерферометра не приводит к заметным ошибкам измерений [20]. Тем не менее, была выполнена оценка максимально возможного значения такой ошибки. Предполагалось, что воздух с показателем преломления n = 1,0004 движется со скоростью V = 10 м/сек только в одной трубе интерферометра (значение величины V взято существенно больше ожидаемого). С учетом коэффициента увлечения Френеля k = 1- n ^-2 можно получить, что смещение полос интерференционной картины, обусловленное таким движением воздуха, не превышает значения D» 3,5×10^-6, что в 14000 раз меньше минимально возможного наблюдаемого значения D _min = 0,05.

Заключительный этап испытаний представлял собой установочную серию измерений, выполненную с целью уточнения метрологических свойств интерферометра. Экспериментально установлено, что после окончания динамического режима работы интерферометра не наблюдалось заметного смещения полос интерференционной картины относительно их начального положения, т.е. величина смещения полос D (t)_t®¥» 0. Такой результат не противоречит предположениям (17) и (34) о малом сопротивлении труб интерферометра движению физического вакуума внутри этих труб. В этом случае можно считать, что

(37)

Другими словами выражение (37) показывает, что в установившемся режиме работы интерферометра (при t ®¥) скорости движения физического вакуума в трубах w_p (t) и W_c (t) столь мало отличались друг от друга и от скорости внешнего потока W_h, что значение величины D лежало за порогом чувствительности интерферометра. Этот экспериментальный результат был использован при выводе соотношения (18). Результаты заключительного этапа испытаний изготовленного интерферометра показали, что измеренные зависимости D (t) не противоречат исходным теоретическим представлениям о действии метода измерения, которые показаны на рис.8. Так, измеренное значение величины t_m» 1 сек; измеренные значения длительности динамического режима работы интерферометра лежали в пределах t_d» 10¼13 сек. Неоднозначность измеренных значений величины t_d обусловлена, прежде всего, трудностями визуального отсчета малых значений медленно изменяющейся величины D в конце динамического режима, т.е. при t ® t_d .

Результаты испытаний показали, что в рамках принятой методики проведения измерений интерферометр устойчив по отношению к механическим и тепловым воздействиям.

Методика измерений. Измерительный пункт расположен в 13 км от северной окраины г.Харьков. На пункте оборудовано две позиции. На позиции №1 интерферометр устанавливался на высоте 1,6 м над поверхностью земли. На позиции №2 на высоте 4,75 м. Наличие таких двух позиций требовалось для наблюдения "эффекта высоты". Измерения осуществлялись циклически. Длительность одного цикла 25-26 часов. В течение одного месяца выполнялось 2-4 цикла. Каждый цикл содержал следующие процедуры. Интерферометр устанавливался на позиции, так чтобы плоскость его вращения была горизонтальной. После установки интерферометр выдерживался в новых температурных условиях в течение одного часа (прибор хранился в помещении). Разовый отсчет измеряемых величин выполнялся по следующей схеме. Продольная ось интерферометра устанавливалась вдоль меридиана, так что осветитель 1 был обращен на север. В таком исходном положении, в установившемся режиме работы интерферометра, наблюдатель регистрировал начальное положение полос интерференционной картины относительно шкалы окуляра. Этому начальному положению полос присваивалось значение величины D = 0. Затем наблюдатель менял свою позицию – занимал место у осветителя. Интерферометр поворачивался на 180^o. Поворот выполнялся за время около трех секунд. При повороте движение физического вакуума в трубах прерывалось. Интерферометр переходил в динамический режим работы, который описывается выражением (36). В динамическом режиме работы интерферометра, наблюдатель отсчитывал максимальное значение смещения полос D (t_m) и время возврата полос t_d к их начальному положению. По истечении времени t_d интерферометр переходил в установившийся режим работы и поворачивался в исходное положение. В течение времени одного измерения (до 10 минут) выполнялось 5-7 разовых отсчетов измеряемых величин. Среднее значение отсчетов принималось за измеренное значение величин D (T_m) и t_d , где T_m – среднее солнечное время измерения.

Обработка результатов измерений. Результаты измерений представлены в виде таблиц величин D (T_m). Эти данные использовались для вычисления значений анизотропии скорости света W_h. Вычисления выполнены с помощью выражения (42). Дальнейшая обработка включала в себя стандартные процедуры, принятые при обработке результатов эксперимента [26]. При этом вычислялись: изменение величины анизотропии в течение суток; среднее изменение величины анизотропии на протяжении эпохи года; среднеквадратические отклонения величины анизотропии от среднего значения s_W ; коэффициенты корреляции r между результатами различных экспериментов. Доверительные оценки средних значений вычислялись с надежностью равной 0,95.

Результаты измерений. В соответствии с задачами исследования, результаты настоящей работы рассмотрим параллельно с результатами экспериментов [15], [5-7,14] и [13]. Названные четыре эксперимента выполнены в различных точках земного шара с помощью трех различных методов измерений и в различных диапазонах электромагнитных волн. Обсуждаемые результаты настоящей работы относятся к серии измерений, проведенной с помощью описанного выше оптического метода измерения первого порядка с августа 2001 г по январь 2002 г (Украина). На протяжении серии выполнено 2322 отсчета измеряемой величины. Эксперимент [15] (Украина, 1998-1999 гг.) выполнен в диапазоне миллиметровых радиоволн с помощью метода измерения первого порядка. Эксперименты [5-7,14] (США, 1921-1926 гг.) и [13] (США, 1929 г) выполнены с помощью оптических методов измерения второго порядка, в качестве которых использованы крестообразные интерферометры, изготовленные по схеме Майкельсона. Действие методов измерений, примененных в перечисленных экспериментах, основано на представлениях о распространении волн в движущейся среде, свойства которой определяют скорость распространения электромагнитных волн. В рамках исходной гипотезы это дает возможность трактовать результаты названных экспериментов в терминах анизотропии скорости света. Рассмотрим проявление искомых эффектов: анизотропии, высоты и гидродинамического эффекта, в экспериментах по распространению электромагнитных волн.

На фрагментах рис.9 представлены средние результаты настоящей работы (рис.9a), эксперимента [15] (рис.9b) и эксперимента [5-7,14] (рис.9c), которые получены в разные годы в эпоху августа. Термин "эпоха" заимствован из астрономии, в которой наблюдения разных лет, выполненные в одноименные месяцы, относят к наблюдениям одной эпохи. Результаты эксперимента [13] на рис.9 не представлены, поскольку авторы ограничились только сведениями о максимальном значении измеренной ими величины анизотропии W_h» 6000 м/сек. По осям ординат отложены значения величины анизотропии W_h в м/сек, по осям абсцисс – солнечное время суток T_m в часах. Вертикальными штрихами обозначены доверительные интервалы. Каждый из фрагментов рис.9 иллюстрирует проявление искомого эффекта анизотропии. В настоящей работе и в экспериментах [5-7,14], [13] эффект анизотропии обнаруживался поворотом оптических интерферометров, в эксперименте [15] применялось одновременное встречное распространение радиоволн.

Рис.9. Изменение величины анизотропии в эпоху августа по данным различных экспериментов:

a) настоящая работа, b) эксперимент [15], c) эксперимент [7]

Результаты всех трех экспериментов показали, что величина анизотропии изменяется в течение суток, и такие изменения носят сходный характер. Так коэффициенты корреляции r, вычисленные между зависимостями W_h (T_m), лежат в пределах 0,73 £ r £ 0,85_. В работах [5-7,14] изменение величины анизотропии в течение суток объяснено движением Солнечной системы к апексу с координатами близкими к координатам северного полюса эклиптики. В этом случае проекция вектора скорости относительного движения на горизонтальную плоскость прибора и, следовательно, величина анизотропии W_h будет изменяться в течение суток. Такое объяснение не противоречит результатам настоящей работы и может быть принято как исходное.

Результаты настоящей работы и экспериментов [15], [5-7,14], [13] иллюстрируют проявление и другого искомого эффекта - эффекта высоты. В этих четырех экспериментах измерения выполнены на пяти различных высотах: 1,6 м и 4,75 м в настоящей работе; 42 м в эксперименте [15]; 265 м и 1830 м в эксперименте [5-7,14] (Кливленд и обсерватория Маунт Вилсон соответственно). В эксперименте [13] измерения проводились также на обсерватории Маунт Вилсон. Проявление эффекта высоты можно видеть как на фрагментах рис.9, отмечая, например, максимальные значения величины анизотропии W_h , так и на рис.10, где представлена зависимость величины анизотропии W_h от высоты места расположения измерительных устройств над земной поверхностью Z. На рис.10 использованы средние от максимальных значений величин анизотропии, измеренных в настоящей работе и в экспериментах [15], [5-7,14], [13]. По осям абсцисс и ординат отложены значения логарифмов отношений W_h /W _* и Z/Z _* соответственно. Значения величин W _* и Z _* приняты равными 1 м/сек и 1 м соответственно. Для наглядности, на верхней и на правой частях рис.10 по осям координат отложены значения величин W_h в м/сек и Z в метрах. Видно, что результаты различных экспериментов подчиняются единой закономерности и располагаются вблизи прямой. В диапазоне высот от 1,6 м до 1830 м величина анизотропии увеличивается с ростом высоты над земной поверхностью от 200 м/сек до 10000 м/сек, что составляет соответственно от 6,7×10^-7 до 3,3×10^-5 от скорости света.

Рис. 10. Зависимость величины анизотропии от высоты над земной поверхностью: 1 - настоящая работа; 2 - эксперимент [15]; 3 - эксперимент [5-7]; 4 - эксперимент [13]

Существование искомого гидродинамического эффекта показано следующим. В работе использована теория течений вязких сред в трубах, развитая в работах [22,23], что позволило в рамках исходной гипотезы предложить: метод и устройство первого порядка для прямого измерения анизотропии скорости света; метод и устройство для измерения кинематической вязкости физического вакуума; метод расчета конструктивных параметров измерительного устройства и его ожидаемых метрологических свойств. Результаты испытаний изготовленного устройства не противоречат результатам расчетов. Результаты измерений, полученные на разных высотах от земной поверхности, не противоречат известным в гидродинамике закономерностям течения вязких сред вблизи границы раздела [22,23]. Следовательно, идея метода измерения, результаты испытаний измерительного устройства и результаты экспериментальных исследований дают основание полагать, что проявление гидродинамического эффекта экспериментально показано.

Результаты экспериментов, представленные на рис.9, 10 иллюстрируют наблюдаемость явления анизотропного распространения электромагнитных волн, повторяемость свойств явления в различных условиях наблюдений, воспроизводимость свойств явления при использовании различных методов экспериментальных исследований и различных диапазонов электромагнитных волн. Высокие значения коэффициентов корреляции между результатами различных экспериментов, представленными на рис.9, дают основание положительно оценивать их достоверность. Измеренные значения анизотропии относительно невелики, и во многих практических случаях ими можно пренебречь. В этом смысле пространство вблизи земной поверхности можно считать изотропным с точностью зависящей от времени суток и от высоты над земной поверхностью. Результаты экспериментов, приведенные на рис.9 и рис.10, можно рассматривать как границы применимости представления об оптической изотропии пространства вблизи земной поверхности.

Итоги настоящей работы дают возможность показать, что отрицательные результаты экспериментов [19,21] могут быть объяснены недостаточной чувствительностью примененных интерферометров. На рис.10 видно, что вблизи земной поверхности величина анизотропии не превышает 200 м/сек. Следовательно, в экспериментах [19,21], выполненных в подвальных помещениях, чувствительность интерферометров W _min к величине анизотропии должна быть не хуже 200 м/сек. Подсчитаем чувствительность интерферометров, в экспериментах [19,21]. Будем полагать, что величине W _min соответствует смещение интерференционных полос D _min» 0,04. Такое смещение полос ожидалось наблюдать в эксперименте [21]. Из выражения (1) найдем

. (43)

В экспериментах [19], [21] длины лучей l составляли 2,4 м и 22 м, длины волн l» 6×10^-7м. С помощью выражения (43) получим, что в эксперименте [19] W _min» 30000 м/сек, а в эксперименте [21] W _min» 10000 м/сек. Следовательно, в экспериментах [19], [21] чувствительность интерферометров, была недостаточной. Результат только что выполненной оценки можно показать и более наглядно, если подсчитать длины лучей l, требуемые для построения крестообразного интерферометра Майкельсона с чувствительностью к анизотропии скорости света W _min» 200 м/сек. Из выражения (1) найдем

. (44)

Подставим в выражение (44) значения величин D = 0,04, l» 6×10^-7м; и W = 200 м/сек. Получим l» 54000 м, Можно предположить, что задача изготовить крестообразный оптический интерферометр с длинами лучей l» 54000 м скорее всего технически нереальная. Следовательно, в экспериментах [19] и [21] анизотропия скорости света не могла быть обнаружена, в силу единой инструментальной причины - в экспериментах применялись интерферометры второго порядка, обладавшие недостаточной чувствительностью. Уместно еще раз подчеркнуть преимущество метода измерения первого порядка, предложенного в настоящей работе. Можно подсчитать, что вблизи земной поверхности, при величине анизотропии скорости света» 200 м/сек и при прочих равных условиях, метод первого порядка, в полтора миллиона раз чувствительнее метода интерферометра Майкельсона второго порядка. Это обстоятельство затрудняет применимость интерферометра Майкельсона для изучения анизотропии скорости света вблизи земной поверхности.

Выполненная оценка справедлива и по отношению к таким экспериментам как [8-11]. Кроме того, представленные выше итоги испытаний интерферометра, с трубами из различных материалов, рассчитанное и измеренное значения кинематической вязкости физического вакуума, позволяют предположить, что свойства потоков физического вакуума близки к свойствам потоков известных газов, огибать препятствия и течь в направляющих системах. В экспериментах [8-11] это обстоятельство могло быть причиной неудачных попыток выявить анизотропные свойства пространства с помощью приборов, заключенных в герметичные металлические камеры.

Итоги настоящей работы позволили показать возможные причины отрицательных результатов современных экспериментальных попыток обнаружить анизотропные свойства пространства, например, [27-30]. В работе [27] применено оптическое измерительное устройство схема и действие которого принципиально не отличаются от устройства, примененного М.Геком в 1868 г [31]. В обоих случаях авторы ожидали наблюдать смещение полос интерференционной картины пропорциональное первой степени отношения величины анизотропии к скорости света. Эксперименты [27] и [31] дали отрицательные результаты - оптическая анизотропия пространства не наблюдалась. Ошибка Гека неоднократно разбиралась, например, в работе [20], где исчерпывающе показано, что учет коэффициента увлечения Френеля приводит к компенсации эффекта первого порядка, который мог бы быть вызван движением Земли, и который ожидалось наблюдать в эксперименте [31]. Вывод работы [20] в полной мере относится и к работе [27]. В другом случае, в таких экспериментах как [28-30], повторены ошибки экспериментов [8-11, 32] в которых измерительные устройства полностью заключены в металлические экраны. Как следствие результаты экспериментов [28-30] идентичны результатам экспериментов [8-11, 32] - искомый эффект анизотропии не наблюдался. Неприменимость массивных экранов в подобных опытах впервые отмечена еще в работах [21,14]. Остается добавить, что авторы экспериментов [28-30] разработали надежные методы экранирования физических процессов, протекающих во внешнем физическом вакууме, от процессов в вакууме внутри экспериментальной установки, однако не представляется возможным изучать свойства окружающего пространства с помощью измерительных устройств отделенных от этого пространства. Можно предположить, что инструментальные ошибки работ [27-30] носят общий характер. При постановке экспериментов авторы отказались от попыток рассмотреть возможные физические причины, обусловливающие искомую ими анизотропию пространства. Иначе инструментальные и методические приемы их поисков были бы иными.

В заключение отметим следующее. В работе предпринята попытка трактовать результаты исследования в рамках рабочей гипотезы о вязком газо-подобном физическом вакууме. В работах [5-7,14] итоги эксперимента объяснены как результат относительного движения наблюдателя и эфира - среды ответственной за распространение электромагнитных волн. В эксперименте [15] с этой же целью использована модель вязкого газо-подобного эфира, развитая в работе [33]. Можно видеть, что итоги настоящей работы и экспериментов [5-7,14], [15] не противоречат основным положениям, как гипотезы вязкого физического вакуума, так и гипотезы вязкого газо-подобного эфира, что, на первый взгляд, дает основание считать эти гипотезы эквивалентными. Тем не менее, гипотезы являются конкурирующими. Действительно, представление квантовой теории поля о виртуальных частицах физического вакуума требует введения дополнительного предположения о наличии в вакууме "строительного" материала таких частиц, что не предусмотрено существующей теорией. В рамках гипотезы эфира такие проблемы сняты представлением о существовании частиц эфира как строительного материала вещественных образований, и представление о существовании виртуальных образований является излишним. Задача описания механизмов взаимодействий становится принципиально решаемой в рамках современной гидродинамики. Это делает гипотезу вязкого газо-подобного эфира привлекательной для широкого изучения [33-39]. Разрешить создавшееся положение можно только на пути новых наблюдений и экспериментов, что возможно только с применением новых методов и средств измерений.

Выводы. В работе получены следующие основные результаты.

Предложена рабочая гипотеза об оптической анизотропии пространства, в рамках которой анизотропия скорости света обусловлена движением вязкого газо-подобного физического вакуума. Вычислена кинематическая вязкость вакуума n_с» 7×10^-5м²/сек.

Предложены метод измерения и схема устройства первого порядка для прямого измерения анизотропии скорости света и кинематической вязкости физического вакуума. Предложены методы расчета конструктивных параметров устройства и его метрологических свойств. Изготовлено и испытано измерительное устройство с чувствительностью к величине анизотропии скорости света 26 м/сек.

В рамках рабочей гипотезы определены эффекты анизотропии, которые могут наблюдаться в опытах вблизи земной поверхности. Выполнена серия экспериментальных исследований. Экспериментально показано проявление предсказанных эффектов. Измерены: величина анизотропии, изменение величины анизотропии в течение суток, кинематическая вязкость физического вакуума n_e» 6,24×10^-5м²/сек, рост величины анизотропии с ростом высоты над земной поверхностью.

Показано, что на высотах до 2 м от земной поверхности, величина анизотропии скорости света не превышает 200 м/сек, и в таких условиях исключена практическая возможность исследования свойств пространства методами измерений второго порядка, например, интерферометром Майкельсона.

Результаты измерений сопоставлены с итогами предшествующих экспериментов. Показаны наблюдаемость, воспроизводимость и повторяемость эффектов анизотропии скорости света в экспериментах, выполненных в различных географических условиях с помощью различных методов измерений и различных диапазонов электромагнитных волн, что дает основание положительно оценивать достоверность результатов настоящей работы.

Предложенные метод и устройство измерений первого порядка могут быть применены как для изучения особенностей распространения света в вязких средах, так и для изучения течений вязких сред в направляющих системах, например, жидкостей и газов в трубах.

Литература:

1. Рагульский В.В. Экспериментальное исследование оптической изотропии пространства // Успехи физических наук.- 1997.- Т.167, №9.- С.1022-1024.

2. Малыкин Г.Б. О возможности экспериментальной проверки второго постулата специальной теории относительности // Успехи физических наук.- 2004.- Т.174, №7.- С.801-804.

3. Гинзбург В.Л. О сверхпроводимости и сверхтекучести (что мне удалось сделать, а что не удалось), а также о "физическом минимуме" на начало ХХI века (Нобелевская лекция) // Успехи физических наук.- 2004.- Т.174, №11.- С.1240-1255.

4. Ацюковский В.А. Концепции современного естествознания. История. Современность. Проблемы. Перспектива. Курс лекций. М.: МСЭУ, 2000.- 446 с.

5. Miller D. C. Ether drift experiments at Mount Wilson solar observatory // Phys. Rev.- 1922.- Vol.19.- P.407-408.

6. Miller D.C. Ether‑drift experiments at Mount Wilson // Proceedings. Nat. Acad. Sciences.- 1925.- Vol.11.- P.306-314.

7. Miller D.C. Significance of the ether-drift experiments of 1925 at Mount Wilson // Science.– 1926.- Vol.63, No.1635.- P.433-443.

8. Kennedy R.J. A refinement of the Michelson - Morley experiment // Proc. Nat. Acad. Sci. of USA.- 1926.- Vol.12.- P.621-629.

9. Illingworth K.K. A repetition of the Michelson - Morley experiment using Kennedy's refinement // Physical Review.- 1927.- Vol.30.- P.692-696.

10. Stahel E. Das Michelson - Experiment, ausgefurt im Freiballon // Die Naturwissenschaften, Heft 41.- 1926.- B.8, Nu.10.- S.935-936.

11. Joos G. Die Jenaer Widerholung des Mihelsonversuchs. // Annalen der Physik.- 1930.- B.7, S.385-407.

12. Shankland R.S., McCuskey S.W., Leone F.C. and Kuerti G. New Analysis of the Interferometer Observations of Dayton C.Miller // Reviews of Modern Physics.- 1955.- Vol.27, No.2.- P.167-178.

13. Michelson A.A., Pease F.G., Pearson F. Repetition of the Michelson - Morley experiment // Journal of the Optical Society of America and Review of Scientific Instruments.- 1929.- Vol.18, No.3.- P.181-182.

14. Miller D.C. The ether-drift experiment and the determination of the absolute motion of the Earth // Reviews of Modern Physics.- 1933.- Vol.5, No.3.- P.203-242.

15. Галаев Ю.М. Эффекты эфирного ветра в опытах по распространению радиоволн // Радиофизика и электроника.- Харьков: Институт радиофизики и электроники НАН Украины.- 2000.- Т.5, №1.- С.119-132.

16. Квантовая теория поля.- В кн.: Физическая энциклопедия.- M.: Сов. энциклопедия, 1990.- T.2.- С.300-308.

17. Вакуум физический.- В кн.: Большая советская энциклопедия.- M.: Советская энциклопедия, Издание третье, 1971.- T.4.- С.241.

18. Физо опыт.- В кн.: Физическая энциклопедия.- M.: Большая Рос. энциклопедия, 1998.- T.5.- С.322.

19. Michelson A.A. The relative motion of the Earth and the Luminiferous ether // The American Journal of Science.- 1881.- III series, Vol.22, No.128.- P.120-129.

20. Франкфурт У.Н., Френк А.М. Оптика движущихся сред.- М.: Наука, 1972.- 212 с.

21. Michelson A.A. Morley E.W. The relative motion of the Earth and the luminiferous aether. The American Journal of Science. Third Series.- 1887.- Vol.34.- P.333-345.

22. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.- М.: Наука, 1973.- 848 с.

23. Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости.- М.: Гостехиздат, 1955.- 520 с.

24. Раутиан С.Г. Интерферометр Рождественского.- В кн.: Физический энциклопедический словарь.- М.: Сов. энциклопедия, 1962.- T.2.- С.203.

25. Фильтрация.- В кн.: Физическая энциклопедия.- M.: Большая Рос. энциклопедия, 1998.- T.5.- С.323.

26. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента.- М.: Наука, 1971.- 192 с.

27. Ragulsky V. Determination of light velocity dependence on direction of propagation // Physical letters A.- 1997.- Vol.235, No.2.- P.125-128.

28. Herrman S., Senger A., Kovalchuk E., Müller H. and Peters A. Test of the Isotropy of the Speed of Light Using a Continuously Rotating Optical Resonator // Physical review letters.- 2005.- Vol.95.- P.150401.

29. Antonioni P., Okhapkin M., Goklu E. and Schiller S. Test of Constancy of Speed of Light with Rotating Cryogenic Optical resonators // Physical Review.- 2005.- Vol.A72.- P.066102.

30. Stanwix P.L., Tobar M.E., Wolf P., Susli M., Locke C.R., Ivanov E.N., Winterflood J. and Kann F. Test of Lorentz Invariance in Electrodynamics Using Cryogenic Sapphire Microwave Oscillators // Physical Review letters.- 2005.- Vol.95.- P.040404.

31. Hoek M. Determination de la vitesse avec laquelle est entrainéс une onde lumineuse traversant un milieu en mouvement // Arch. Neerl.- 1868.- Vol.3.- P.180-185; 1869.- Vol.4.- P.443-450.

32. Essen L. A new ether drift experiment // Nature.- 1955.- Vol.175.- P.793-794.

33. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 280 с.

34. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание второе.- М.: Энергоатомиздат, 2003.- 584 с.

35. Galaev Yu.M. The measuring of ether-drift velocity and kinematic ether viscosity within optical waves band // Spacetime & Substance.- Kharkov: Research and Technological Institute of Transcription, Translation and Replication.- 2002.- Vol.3 No.5(15).- P.207.-224. (http://www.spacetime.narod.ru/0015-pdf.zip).

36. Хорошун Л.П. Уравнения электромагнитомеханики диэлектриков и модель мирового эфира // Доповіді НАН України.- 2003.- Математика, Природознавство, Технічні науки.- №10.- С.62-69.

37. Хорошун Л.П. Двухконтинуумная механика диэлектриков как основа электромагнитомеханики // Прикладная механика.- Киев: Институт механики НАН Украины.- 2003.- Т.39, №8.- С.28-47.

38. Хорошун Л.П. Построение динамических уравнений электромагнитомеханики диэлектриков и пьезоэлектриков на основе двухконтинуумной механики // Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології. Науковий збірник.- Лвів: Центр математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики НАН України.- 2006.- Випуск 3.- С.177-198.

39. Хорошун Л.П. Общие динамические уравнения электромагнитомеханики диэлектриков и пьезоэлектриков // Прикладная механика.- Киев: Институт механики НАН Украины.- 2006.- Т.42, №4.- С.46-61.

Поиск по сайту: