Опыт Бухерера

Работа Бухерера была доложена им на 80-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Кёльне 22 сентября 1908 г. Она называлась "Измерения с беккерелевскими лучами. Экспериментальное подтверждение теории Лоренца-Эйнштейна". В отличие от Кауфмана Бухерер прямо заявляет об экспериментальном подтверждении теории относительности. Во вступительных замечаниях к работе Бухерер подчеркивает огромное значение весьма широкого принципа относительности, почему особенно настоятельной является его прямое экспериментальное исследование.

Схема опытов Бухерера

"Наперед ясно,- пишет Бухерер,- что для доказательства истинности какой-либо из конкурирующих теорий могут быть приемлемы только такие явления, в которых тела движутся с большими скоростями. Для этого предлагались измерения с беккерелевскими лучами, и г. Кауфман взял на себя трудную задачу поставить такие опыты. Метод Кауфмана общеизвестен, так же как и общеизвестен тот факт, что Кауфман определенно вывел заключение, что теория относительности опровергается его опытом.

Благодаря этому результату сложилась своеобразная ситуация. В то время как некоторые физики развивали принцип относительности дальше, ожидая, что точные измерения все же в конце концов подтвердят ее, другие, а к ним принадлежал также я, рассматривали в то время результаты Кауфмана как решающие".

Фотография Бухерера

Бухерер решил исследовать сложившуюся ситуацию посредством более точного опыта. Идея Бухерера заключалась в том, чтобы подвергнуть электроны одновременному действию электрического и компенсирующего это действие магнитного поля. Источник излучения в виде маленького шарика из фтористой соли радия находился в центре плоского конденсатора, состоящего из двух горизонтальных - круглых пластин диаметром 8 см, находящихся на расстоянии ¹/₄ мм друг от друга. Конденсатор находился в латунной коробке с внутренним диаметром 16 см и высотой 8 см. Коробка закрывалась тщательно пришлифованной крышкой, и внутренность ее откачивалась с помощью насоса. Через соответственно просверленные отверстия в сосуд подводились изолированные подводящие провода от батареи аккумуляторов. К внутренней стенке сосуда с помощью двух пружин прижималась фотографическая пленка. Коробка помещалась внутри соленоида длиной 103 см с двумя слоями витков, по 103 витка каждый. Поле соленоида составляло около 140 гаусс.

Так как вылетающие из источника частицы составляют всевозможные углы а с направлением магнитной силы, то условие компенсации электрической и магнитной сил будет иметь вид

где F - напряженность электрического поля, u - скорость частицы, Н - напряженность магнитного поля, с - скорость света. Для каждой скорости автоматически находится угол, для которого происходит компенсация и лучи с соответствующей скоростью вылетают из конденсатора. Затем электроны различных скоростей падают на пленку, на которой получается кривая, позволяющая определить удельный заряд как функцию скорости. Бухерер приводил свои результаты к массе покоя. В случае справедливости теории Лоренца-Эйнштейна отношение ^e/_m0 должно оставаться постоянным. Опыты дали следующую таблицу:

"Один взгляд на эту таблицу,- пишет Бухерер,- показывает, что решение будет в пользу теории Лоренца-Эйнштейна".

Бухерер проводит расчеты для максимальной части своей кривой. В области, удаленных от максимума, расчет затрудняется наличием некомпенсированных электронов. Поэтому в наиболее интересной части, где скорость близка к скорости света, метод Бехерера отказывает.

В 1914 г. опыты Бухерера повторил Нейман. Его результаты представляются таблицей:

Планк в своей первой статье по опытам Кауфмана указывал, что при работе с β-лучами ошибки неизбежны и что более точных результатов следует ожидать, работая с быстрыми катодными лучами. Идея Планка была осуществлена только в 1926 г. в опытах Гюи и Лаванши, которые оказались наиболее точными и также подтвердили формулу Эйнштейна.

Но судьба теории Эйнштейна была определена не столько результатами этих экспериментов, сколько напряженной работой теоретиков. Развитию теоретических идей принципа относительности мы посвятим следующий раздел.