Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Раритетные издания / Майкельсон и скорость света
Начало сайта / Раритетные издания / Майкельсон и скорость света

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Во главе двух академий

Грюндеры и грюндерство

Магнит за три тысячелетия

Популярная библиотека химических элементов

Луи де Бройль. Революция в физике

Яды – вчера и сегодня

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

Майкельсон и скорость света

Бернард Джефф

3. Первые измерения

Зимой 1876 года знаменитый английский физик Джон Тиндаль приехал в Америку, чтобы прочитать цикл лекций по теории света. Во время своих поездок по Соединенным Штатам он имел возможность ознакомиться с состоянием научной работы в стране.

«На мой взгляд, ваш общественный строй сам по себе никоим образом не исключает занятий чистой наукой, – заявил он, – а если в Америке до сих пор не сделано крупных научных открытий, то, по-моему, это не из-за политических неурядиц, а из-за того, что талантливые люди, способные заниматься научными исследованиями, перегружены административными и преподавательскими обязанностями, несовместимыми с продолжительной и спокойной работой мысли, которой требуют оригинальные изыскания».

К этим замечаниям, которые нередко можно слышать и в наши дни, Тиндаль добавил следующий совет: «Среди вас есть способные ученые. Уберите с их пути все лишние трудности. Проявляйте особую заботу о тех, кто движет вперед науку. Дайте им свободу, необходимую для их исследований, не требуйте от них так называемых практических результатов и, главное, не задавайте вопрос, который невежество так часто обращает к гению: а какую пользу принесет ваша работа?» Совет Тиндаля и посейчас не потерял своей актуальности и его надо почти столь же часто повторять, как и без малого сто лет тому назад.

Тиндаль не случайно избрал теорию света темой своего американского цикла лекций. Эта тема привлекала все большее внимание ученых. Всего за три года до этого, в 1873 году, Джемс Клерк Максвелл, один из величайших физиков всех времен, опубликовал свой монументальный труд «Электричество и магнетизм», в котором он языком математических уравнений установил связь между светом, с одной стороны, и электричеством и магнетизмом – с другой, постулировал существование электромагнитных (радио) волн и высказал предположение, что они распространяются с такой же скоростью, как и световые волны. «Поневоле напрашивается вывод, – писал Максвелл, – что свет представляет собой поперечные колебания той же среды, в которой рождаются электрические и магнитные явления». Работа Максвелла явилась событием для физиков всего мира. Скорость света была признана одной из важнейших природных величин, и от нее зависело решение некоторых основных проблем физики.

Более точное определение

Измерить скорость света с предельной точностью – эта задача увлекла Майкельсона своей трудностью. «То, что скорость света является категорией, недоступной человеческому воображению, и что, с другой стороны, ее возможно измерить с необыкновенной точностью, делает ее определение одной из самых увлекательных проблем, с которыми может столкнуться исследователь», – писал он.

Майкельсон и скорость света. Первый прибор Майкельсона

Рис. 4. Первый прибор Майкельсона.
В 1878 году Майкельсон провел первое измерение скорости света на усовершенствованной им установке Фуко (см. рис. 3). Он ввел линзу, позволившую увеличить путь светового луча. Стеклянная пластинка S со шкалой помогала точно определять смещение луча, отраженного от вращающегося зеркала.

Прежние способы измерения скорости света не удовлетворяли Майкельсона. Они были недостаточно точны. Он решил попробовать добиться лучшего результата. В ноябре 1877 года, через несколько месяцев после женитьбы, он придумал небольшое усовершенствование опыта Фуко, которое, по его мнению, должно было, значительно увеличить точность измерения. Он отказался от вогнутого зеркала, заменив его плоским зеркалом и линзой (рис. 4), а вращающееся зеркало переместил в другое положение. Этим он добился того, что яркость луча независимо от проходимого им пути не ослаблялась. Майкельсон собирался поместить неподвижное и вращающееся зеркала на расстоянии 150 м. Вращающееся зеркало устанавливалось перед источником света на кирпичном постаменте и приводилось в движение струей воздуха, подаваемой от мехов; при этом скорость вращения зеркала доводилась до 130 оборотов в секунду. Определялась она по колебаниям двух камертонов.

Майкельсон не располагал средствами на постройку дорогостоящих приборов. В те дни чисто научные исследования не субсидировались промышленными концернами или частными фондами, а правительственные ассигнования были весьма ограниченны. Профессора колледжей делали, что могли, в своих жалких лабораториях в немногие часы, свободные от лекций и занятий.

Майкельсону пришлось собирать свой прибор из отдельных деталей, приспосабливая разрозненные части демонстрационных приборов. Вращающееся зеркало обошлось ему в десять долларов. Когда в марте следующего года Майкельсон, наконец, собрал и установил свой прибор, первые же предварительные испытания подтвердили, что он на правильном пути.

Не обошлось и без заминок. В январе родился его первенец – волнующее событие для каждого молодого отца; затем произошла небольшая авария в лаборатории. На пробном испытании одно из зеркал вылетело из рамы и разбилось. Возникали и другие проблемы.

Майкельсон понял, что без помощи со стороны ему не обойтись. Он написал письмо известному астроному Саймону Ньюкому, который лет за десять до этого говорил, что опыт Фуко необходимо повторить. Сначала Майкельсон обратился к Ньюкому с очень скромной просьбой – помочь ему достать кусок зеркального стекла взамен разбитого. Затем, прочитав в «Трибюн» отрывок из работы Ньюкома, он написал ему еще одно письмо, в котором, в частности, говорилось:

Узнав от капитана Сэмпсона, что Вы заинтересовались моими опытами, я беру на себя смелость послать Вам краткий отчет о проделанной работе... Я был бы Вам очень обязан, если бы Вы согласились принять меня. Мне бы хотелось посоветоваться с Вами, как расположить некоторые детали прибора, чтобы получить наилучшие результаты.

Примите и проч.
Альберт Майкельсон
Лейтенант ВМС США

В мае, еще не закончив своих опытов, Майкельсон послал письмо редактору журнала «Америкэн джорнал оф сайанс». Оно было озаглавлено: «О методе измерения скорости света» [1] (Цифры в квадратных скобках относятся к списку работ Майкельсона, стр. 152.)!!!. Все сообщение насчитывало девятнадцать печатных строк, к которым была приложена одна схема. Никаких данных не приводилось. Майкельсон ограничился описанием метода.

Проведя «в трудных условиях» серию из десяти опытов, Майкельсон поехал в город Сент-Луис на сессию Американской ассоциации содействия развитию науки.

На сессии он сделал сообщение о своем новом определении скорости света в воздухе: найденная им цифра равнялась 300 092 км/сек. Его статья «Экспериментальное определение скорости света» появилась в апрельском номере «Америкэн джорнал оф сайанс» [2, 3] за 1879 год. Оттуда уже известие о его достижении попало в газету Вирджиния-Сити. У невадских рудокопов оно не вызвало особенного восторга, но для научного мира это было историческое событие.

Вмешательство Ньюкома

Среди ученых, слушавших в Сент-Луисе сообщение Майкельсона, был и Ньюком, который, уходя в отставку с поста президента Ассоциации, произнес речь о простоте и универсальности законов природы. Как и все собравшиеся в Сент-Луисе, Ньюком был восхищен смелостью молодого Майкельсона и мастерством, с которым был поставлен эксперимент. В нем возродился былой интерес к проблеме скорости света. Вскоре он обратился в Национальную Академию наук с просьбой испросить у правительства ассигнований для проведения дальнейших экспериментов. Специальная комиссия Академии признала целесообразность выделения средств на эту работу, и год спустя министр военно-морского флота включил в проект бюджетных ассигнований 5000 долларов на опыты по определению скорости света. Ньюкому, который был офицером ныне упраздненного профессорского корпуса военно-морского флота, было поручено возглавлять эту работу, причем состоять он должен был при Военно-морской обсерватории и редакции Морского альманаха. Оба эти учреждения находились в Вашингтоне.

Пять тысяч долларов в нашем понимании – не так уж много, но это была достаточная сумма для того, чтобы можно было поставить новую серию опытов по более точному определению скорости света. Ньюком приехал в Аннаполис, чтобы обсудить свои планы с Майкельсоном, и обнаружил, что тот самостоятельно работает в этом же направлении. Годом ранее некое «частное лицо» (впоследствии выяснилось, что это был тесть Майкельсона) пожертвовало две тысячи долларов на приобретение молодым экспериментатором более совершенной аппаратуры. Майкельсон заказал новое зеркало у известного мастера по телескопам Альвана Кларка и стал подыскивать воздушный ротор для вращения зеркала.

Майкельсон проводил свои наблюдения в дощатом строении длиной около 13 м и высотой около 2 м, которое находилось за оградой Академии, со стороны моря. Там помещались вращающееся зеркало, двигатель, дуговая лампа и прочее оборудование. В 600 м от этого строения Майкельсон построил кирпичное здание, где находился кирпичный постамент, на котором устанавливалось второе зеркало. Ходить из одного здания в другое приходилось напрямик, по полю; между ними не было даже протоптанной тропинки, и это путешествие было не таким уж простым, когда выпадал снег или стояла дождливая погода. Но Майкельсон не обращал внимания на трудности. Профессор Мейер из Технологического института Стивенса помог ему выверить скорость вращения зеркала, а двое сотрудников Академии независимо проводили измерения, во избежание какой-либо предвзятости в выводах.

Майкельсон был весьма польщен приездом Ньюкома. Конечно, он будет очень рад работать вместе с ним. Этой же осенью его перевели из Морской академии в редакцию Морского альманаха. Ньюком разместил свою установку в Форт Майер (штат Вирджиния) на вершине холма над рекой Потомак. Отражающее зеркало находилось на расстоянии немногим более 2,5 км на территории старой Военно-морской обсерватории. Позднее отражающее зеркало перенесли к подножию памятника Джорджу Вашингтону. Опыты проводились летом 1881 и 1882 годов.

Но Майкельсон недолго проработал с Ньюкомом. Ему было тогда 27 лет, и он понимал, что необходимо углубить свои знания в области оптики и подыскать себе новую тему для исследования. Его взор обратился к научным центрам Старого света. К поискам точного определения скорости света он вернулся лишь в 1882 году, когда переехал в Кливленд (штат Огайо) и занял пост профессора в Школе прикладной науки Кейса. Он начал все сначала и провел еще двадцать измерений. Новый результат равнялся 299 853 км/сек. Это определение продержалось сорок пять лет, а затем его уточнил тот же Майкельсон. В этом деле у него не было соперников.

К первому году пребывания Майкельсона в Школе Кейса относится анекдот, который хорошо характеризует его как ученого. Однажды, когда он с группой сотрудников осматривал предполагаемый путь светового луча вдоль полотна железной дороги Нью-Йорк – Чикаго – Сент-Луис, к нему подошли газетные репортеры и спросили, что тут происходит. Майкельсон сказал, что он занимается измерением скорости света. «А зачем?» – последовал вопрос. «Потому что это ужасно интересно», – ответил Майкельсон. Пятьдесят лет спустя великий Альберт Эйнштейн задал ему такой же вопрос и получил тот же ответ.

 

4. Неуловимый эфир

Оглавление


Дата публикации:

27 октября 2003 года

Электронная версия:

© НиТ. Раритетные издания, 1998