Здесь, конечно, нет никакого реального искажения масштаба времени, как в теории относительности. Имеет место лишь кажущееся изменение, как в общеизвестном эффекте Доплера (Рис. 26). К нему и сведётся найденная формула в случае равномерного движения источника ( a=0). Именно эффект Доплера T΄ /T=1- ν/ cиспользуют автоинспекторы для определения скорости νдвижения автомобилей. Неподвижному наблюдателю с чувствительной аппаратурой свет фар приближающейся машины покажется чуть синее, чем в действительности [76]. Если же машина уносится прочь, свет её задних фар, напротив, станет казаться чуть красней реального: движение меняет частоту света. Вызвано это тем, что при движении расстояние между машиной и наблюдателем меняется. Поэтому два последовательных сигнала, скажем, — два выстрела из автомобиля, произведённые с интервалом в секунду, пройдут это расстояние в разное время (Рис. 27). Так, при стрельбе из машины, идущей к наблюдателю со скоростью 30 м/с, второй пуле предстоит пролететь на 30 метров меньше. Поэтому, при скорости пуль в 300 м/с вторая пуля выиграет на этой дистанции десятую долю секунды. На эту разность времён хода и сократится для наблюдателя период между сигналами: пули проследуют с интервалом в 0,9 секунды, вместо 1 с. Так же и для света, представляющего собой летящую последовательность волновых фронтов, движение преобразует период и частоту следования импульсов, гребней волн, то есть, — меняет окрашенность света по эффекту Доплера. Но формула, найденная Ритцем ещё в 1908 г. [8], предсказывает, помимо доплеровского, и другой эффект.
Рис. 26. Эффект Доплера — изменение частоты света за счёт движения.
В самом деле, пусть начальная скорость νускоряемого источника света равна нулю. Тогда приходим к формуле для периодов
T΄/T=1- La/ c 2,
или с учётом малости La/ c 2<<1 получим для частот света f=1/ Tи f΄=1/ T΄соотношение
f΄/f=1/( T΄/T) =1+ La/ c 2.
То есть, даже при нулевой скорости, когда эффект Доплера не даёт никакого сдвига частоты, такой сдвиг частоты сигналов предсказывает формула Ритца (изменение частоты обусловлено повышенной скоростью задних гребней волн, сигналов: они нагоняют передние, постепенно сокращая разрыв, длину волны, Рис. 24). Пусть, для иллюстрации, этими сигналами снова будут два пистолетных выстрела из автомобиля по столбу. Первый выстрел производится из автомобиля, едва начавшего разгон и потому имеющего нулевую скорость. Тогда первая пуля двинется к столбу со стандартной скоростью выстрела c=300 м/с, пройдя расстояние L=900 м до столба за время L/c=3 секунды. Когда после первого выстрела, спустя время T=1 с, будет произведён второй, машина, имеющая ускорение a=10 м/с 2, наберёт уже скорость V=aT=10 м/с. Это движение автомобиль дополнительно сообщит второй пуле, так что её скорость составит уже c+V=310 м/с, а время пути станет L/( c+V)=2,9 с, что примерно на величину LV/c 2=0,1 секунды меньше продолжительности полёта первой пули. Следовательно, к столбу пули придут с разрывом T'= T-LV/c 2= T(1 —La/c 2)=0,9 с, меньшим первоначального T=1 с. Как видим, эффект во многом напоминает доплеровский, но в отличие от него определяется лишь ускорением источника aи нарастает с расстоянием L. По аналогии с эффектом Доплера назовём такой неизвестный науке способ влияния на частоту "эффектом Ритца" (Рис. 27).
Рис. 27. Эффект Ритца — изменение частоты света от ускорения. Трогающийся автомобиль, набрав спустя время T скорость V, сообщает её пуле № 2. Та постепенно догоняет № 1. В итоге пули приходят с разрывом T'<T.
Реально эффект этот обычно достаточно мал в сравнении с доплеровским и потому его до сих пор редко удавалось обнаружить и на него не обращали внимания. Действительно, в знаменателе выражения La/ c 2стоит огромная величина c 2. А потому при достижимых в земных лабораториях ускорениях aи длинах Lпоправка частоты Δ f=f΄-fполучается крайне малой и трудно уловимой. Зато, как увидим, эффект становится хорошо заметен на гигантских космических расстояниях L(Часть 2). Поскольку в космосе величина Δ f/f= La/ c 2становится достаточно большой, то это приводит к гигантским сдвигам частоты и периода. Это позволяет объяснить не только сверхмощные вспышки сверхновых и других переменных звёзд, спектральные характеристики объектов, но и космологическое красное смещение, предсказав на основе БТР правильную его величину. Впрочем, и в земных масштабах, где величина ритц-эффекта Δ f/f= La/ c 2сдвига частоты f, пропорциональная удалённости Lи лучевому ускорению aисточника, крайне мала, его всё же можно зафиксировать с помощью эффекта Мёссбауэра (§ 3.7). Именно он позволил выявить предсказанный Ритцем сдвиг частоты в опыте Бёммеля, где источнику гамма-лучей, расположенному на расстоянии L=dот поглотителя, придали лучевое ускорение a. Сдвиг частоты гамма-лучей составил Δ f/f= ad/ c 2, что точно подтвердило формулу Ритца [153, с. 136].
Правда, и в теории относительности ускорение способно влиять на частоту. Однако, в ритц-эффекте, подобно доплеровскому, частота зависит не от самого ускорения a, как в теории относительности, а лишь от его проекции arна луч зрения наблюдателя — от "лучевого ускорения". Проверить это можно с помощью того же эффекта Мёссбауэра. В астрономии и физике эффект изменения частоты принято характеризовать для определённости именно лучевыми проекциями. Так, формулу Доплера записывают в виде f΄/f=1- V r/ c, где V r— лучевая скорость источника (в системе наблюдателя), положительная при его удалении и отрицательная, если источник приближается к наблюдателю. Здесь f— частота световых волн, сигналов, импульсов, пускаемых источником, а f΄— частота восприятия их приёмником. Аналогично и формулу эффекта Ритца удобно переписать через лучевое ускорение a rисточника. Оно положительно, если направлено от приёмника или наблюдателя, и отрицательно в обратном случае (то есть, — противоположно по знаку ускорению aс Рис. 25). Таким образом, формула эффекта Ритца запишется в виде
f΄/f=1-La r/c 2
или
T΄/T=1+La r/c 2,
если учесть, что La r/c 2<<1 (Рис. 28).
Рис. 28. Световые импульсы, пускаемые лазером через период t, приходят к цели с интервалом t': из-за ускорения скорость второго импульса снижена.
Хотя эффекты Доплера и Ритца заметно различаются, они всё же имеют общую природу, поскольку оба вызваны относительным движением источника и приёмника. Ритц очень чётко показал в своей работе [8], что причина изменения частоты принимаемого света в обоих эффектах состоит в изменении расстояния Lмежду источником и приёмником — в их относительном движении, приводящем к накоплению или дефициту волн на пути между источником и приёмником. Накопление волн на дистанции, скажем от расхождения источника и приёмника, означает, что к приёмнику в единицу времени приходит меньше волн, чем испускается. А сближение, напротив, означает, что на пути помещается меньше волн и, следовательно, приёмник поглощает волн больше, чем испускается источником. Поэтому Ритц вывел соответствующую формулу
