Для объяснения эффекта допускаем, что свет, идущий от источника света, связан с источником и распространяется от него со скоростью с=3∙10⁸ м/с относительно источника. Для приемника скорость света относительно источника будет складываться со скоростью источника v.

Чтобы определить зависимость частоты света v от скорости v, рассмотрим распространение света от двух источников, один из которых S движется по направлению к приемнику со скоростью v, а другой S₀ покоится. Одинаковые источники излучают свет одинаковой частоты v₀ (рис. 1). Свет относительно источников распространяется с одинаковой скоростью с, поэтому и длина излучаемой волны λ будет одинакова.

Рис. 1

Для приемника света периоды колебаний в световой волне от движущегося и покоящегося источников будут равны соответственно:

и

.

Периоды есть величины обратные частотам колебаний

и

.

Подставляем эти значения Т и Т₀ в полученные равенства и делим почленно

и

;

;

(после сокращения на λ).

Для случая, когда источник света удаляется от приемника, следует знак перед v заменить на противоположный и получим:

.

Отметим, что c+v и с это скорости света соответственно относительно приемника и источника света.

Рассмотрим случай, когда источник света движется перпендикулярно направлению на приемник. Учитывая, что свет связан с источником, распространяется относительно его со скоростью с и сносится с ним со скоростью v, чтобы он попал на приемник, его надо направить под некоторым углом α так, что

(рис. 2). В этом случае составляющая скорости света, совпадающая с направлением на приемник А будет , составляющая v на это направление равна 0.

Рис. 2

Чтобы не повторять предыдущие рассуждения, воспользуемся формулой

,

c+v заменим на , а скорость с относительно источника останется неизменной. В результате получаем

,

что соответствует результату, полученному в опытах Айвса.

Ранее мы использовали понятие светонесущей среды, которая имеется у атомов источника света, но атом источника может быть и атомом приемника света. Можно считать, что и приемник света имеет светонесущую среду, которая распространяется неограниченно и в которой свет распространяется со скоростью равной с=3∙10⁸ м/с.

Не исключена возможность того, что этой средой приемник перехватывает свет на некотором расстоянии от осязаемого приемника света. Применим это для объяснения эффекта Доплера (рис. 3).

Рис. 3

Пусть S - источник света, Р - приемник, α - граница раздела светонесущих сред. Источник и приемник сближаются со скоростью v. Тогда для приемника свет от S до α будет иметь скорость c+v, а от α до Р скорость будет с. Источник испускает свет, длина волны которого и частота соответственно равны λ₀ и ν₀ , а скорость с, поэтому имеем

.

Для приемника λ₀ пройдет границу α за время

.

Пройдя границу каждый элемент волны будет иметь скорость относительно приемника с и пройдет расстояние

.

Выражаем λ и λ₀ через частоты ν и ν₀

отсюда

.

Получили, что при сближении источника и приемника света

,

а при удалении

Для поперечного эффекта Доплера скорость света относительно приемника равна , время прохождения длины λ₀ через границу α

,

а длина волны после прохождения границы будет

Аналогично предыдущему случаю получаем

Если факт перехвата света светонесущей средой приемника имеет место, то положение границы раздела светонесущих сред источника и приемника света может быть обнаружен в опытах с движущимся источником света.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики т.3, 1972 г., «Наука».
2. Воронцов-Вельяминов Б.А. Астрономия 10, 1983 г., «Просвещение».