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

Архимед

Доктор занимательных наук

Культура. Техника. Образование

Парадоксы науки

Луи де Бройль. Революция в физике

Химия вокруг нас

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

4. Неуловимый эфир

Покинув Ньюкома, Майкельсон получил отпуск со службы и в 1880 году с женой и детьми отплыл в Европу. Этот путь был хорошо знаком американским ученым. В те времена вновь учрежденный Университет Джонса Гопкинса был единственным научным центром в Соединенных Штатах, занимавшимся исключительно исследовательской работой. Джозайя Уиллард Гиббс, крупнейший физик-теоретик Америки, не понятый и не оцененный в Йельском университете, ботаник Аза Грей, геолог Джеймс Дана, палеонтологи Отниль Марш и Эдвард Коуп, химики Айра Ремзен и Эбен Н. Хорсфорд, врач Уильям Г. Уелч – все они совершили это паломничество. Если ученый хотел из первых рук узнать о последних открытиях в той области, которая его интересовала, ему нужно было ехать в Европу.

Майкельсон провел в университетах Франции и Германии почти два года. Он получил там все, что были способны ему дать великие европейские физики. В Берлинском университете он слушал лекции знаменитого Германа Гельмгольца и некоторое время работал в его лаборатории. Он углубленно изучал механику, преподававшуюся в Академии лишь в объеме элементарного курса, и высшую математику. Он работал еще в Гейдельбергском университете, в Коллеж де Франс и Высшей политехнической школе в Париже. В заключение он встретился с Мари Корню и Элетером Маскаром, впоследствии написавшим книгу по оптике, и советовался с ними относительно задуманных им экспериментов.

В феврале 1881 года Майкельсон послал министру военно-морского флота просьбу о продлении отпуска еще на полгода и разрешении остаться за границей. Просьба была удовлетворена. Майкельсон намеревался вернуться в Академию и был бы вполне удовлетворен, если бы его сделали членом профессорского корпуса. Однако это оказалось не так-то просто. Пытаясь ему помочь в этом, профессор прикладной химии в Гарвардском университете О. Уолкотт Гиббс написал большое письмо физику Джулиусу Э. Хилгарду, смотрителю береговой охраны США:

«Не можете ли Вы как-нибудь посодействовать, чтоб Майкельсон получил одну из двух имеющихся вакансий на кафедре математики? Рекомендательные письма, содержащие самые блестящие о нем отзывы, давно уже отправлены в соответствующие инстанции. Если он не получит этого назначения, он будет потерян для науки. По-моему, нужно лишь, чтобы президент поговорил с министром военно-морского флота, который тянет с решением этого вопроса. Я считаю, что, поддержать такого человека и дать ему возможность работать – дело государственной важности...».

Прошел год, а ответа все не было. Тогда Майкельсон решил дело по-своему. 30 сентября 1881 года, прослужив в военно-морских силах двенадцать лет и два месяца, он подал прошение об отставке. Решиться на это ему помогло предложение, полученное от только что учрежденной Школы Кейса. Ему предложили пост профессора физики и средства на приобретение оборудования для его будущей лаборатории. Кроме того, ему был гарантирован оплаченный отпуск на 1881...1882 учебный год для продолжения научных занятий в Европе.

Гюйгенс и Ньютон об эфире

Пребывание в Европе и встречи с крупнейшими физиками того времени будили мысль. Майкельсон стал все чаще задумываться над основным вопросом теории света, что ни день приобретавшим все большее значение для физики. В те времена полагали, что свет распространяется в «светоносном эфире», который заполняет все пространство и обладает некоторыми свойствами твердого тела, жидкости и газа, не являясь ни одним из них. Однако существует ли этот «светоносный эфир»? Можно ли экспериментально доказать или опровергнуть его существование? Это была проблема чрезвычайной важности и сложности, а Майкельсона всегда привлекали сложные проблемы.

Понятие эфира зародилось в то время, когда ученые впервые попытались осмыслить природу света. Автором первой эфирной теории света был голландский математик, астроном и физик Христиан Гюйгенс, который в 1678 году сделал сообщение об этом во французской Академии наук. Согласно теории Гюйгенса, светящееся тело, например Солнце или пылающий факел, порождает колебания, или волны, которые, распространяясь во все стороны, достигают глаза наблюдателя. Ученые уже установили, что колебания некоторых материальных предметов, например куска металла или даже атмосферных газов, порождают звук. Например, колебания, вызванные звоном колокола, распространяются во все стороны, как круги по воде от брошенного камешка. Если бы ударили по колоколу, находящемуся в вакууме, где нет воздуха, в котором распространялись бы колебания, то не было бы и звука. То же происходит и со светом, – говорил Гюйгенс. Однако он признавал, что со светом дело обстоит сложнее. Свет может распространяться и в вакууме, хотя там, казалось бы, нет материальной среды, способной передавать гипотетические волны Гюйгенса. Что же их передает?

Эфир, – отвечал Гюйгенс. Эфир – это та среда, которая передает световые волны.

Эфир – слово греческого происхождения, означающее «воздух», «небо» или «верхние области». Древние философы при помощи эфира объясняли движение планет и других небесных тел; они различали несколько эфиров, занимающих разное положение в пространстве. Аристотель узаконил это понятие и считал его чем-то вроде пятого элемента. «Земля окружена водой, – писал он, – вода – воздухом, воздух – эфиром. Дальше нет ничего».

Исаак Ньютон почти сорок лет ставил опыты и размышлял над природой света. В 1704 году он опубликовал капитальный труд, где дал объяснение многих оптических явлений. Его книга называлась «Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света». В отличие от его знаменитых «Начал», написанных на латинском языке и предназначавшихся для специалистов, эта книга была написана на английском языке в увлекательной и доходчивой форме и содержала огромный экспериментальный материал.

Будучи в глубине души атомистом, Ньютон, подобно некоторым древним ученым, считал, что свет состоит из мельчайших частиц, или «корпускул», испускаемых источником света. Частицы эти слишком малы, чтобы их можно было увидеть или измерить, но тем не менее эта теория давала возможность объяснить многие световые явления – прямолинейное распространение света, отражение от плоскостей, преломление на границе двух сред разной плотности, поглощение света и его давление.

Однако и сам Ньютон сознавал, что его корпускулярная теория не объясняет всех световых явлений. Она не объясняла интерференцию. Это то явление, которое происходит при сложении нескольких волн: колебания усиливаются, или ослабляются, или совсем затухают. (К явлению интерференции мы еще вернемся.) Ньютон сам ввел понятие «эфирных волн» и выразил мнение, что для объяснения световых явлений требуются обе теории – и корпускулярная и волновая. Ньютон безоговорочно признавал понятие эфира, считая предположение о возможности воздействия на расстоянии одного тела на другое в вакууме без посредства чего-либо еще страшным абсурдом, которого не может принять ни один человек, «наделенный способностью к последовательному философскому мышлению».

Итак, в течение многих столетий отрицать эфир считалось столь же нелепым, как отрицать то, что без воды суда не смогли бы плавать по океану. Какова бы ни была его природа, эфир, по убеждению ученых, наполнял собой все пространство, пронизывая всякое вещество, даже проникая между атомами твердых веществ. Однако признание необходимости эфира не исключало споров о его природе. Эфир имеет свойства твердого тела большой упругости, говорили одни. Он тонок и разрежен, утверждали другие. Третьи отмечали, что в разных случаях и в разных условиях эфир, как сапожный вар, меняет свои свойства. К последним принадлежал и Майкельсон.

Можно ли обнаружить эфир?

Свойства света и в самом деле были таковы, что их не представлялось возможным объяснить, не предполагая существования какой-то среды, способной передавать волновое излучение за миллионы километров, не ослабляя первоначальной энергии. Но существует ли эфир на самом деле? Над этой проблемой задумался Майкельсон. Может ли ученый в лаборатории либо доказать существование этого теоретического призрака, так кстати выдуманного для разрешения научных дилемм, либо удостовериться, что его не существует? Может быть, это просто физическая фикция, без содержания и формы? Или, как предположил англичанин лорд Солсбери, лишь существительное от глагола «колебаться»?

Если же этот таинственный эфир действительно существует, то неподвижен ли он? Или, как считают некоторые, в частности английский физик и математик сэр Джордж Дж. Стоке, Земля, вращаясь вокруг оси и вокруг Солнца, увлекает за собой и эфир? Среди сторонников теории неподвижного эфира был француз Огюстен Френель (1788...1827), блестящий ученый, который свел экспериментальные данные о свете в математически обоснованную волновую теорию света и доказал поперечный характер световых волн. (У поперечных волн колебания направлены под прямым углом к направлению распространения волны. Примером поперечных волн являются волны на поверхности воды, а также волны, пробегающие по веревке, когда дергают за один ее конец.) Многие были склонны поддерживать теорию неподвижности эфира, потому что он представлял ту систему отсчета, относительно которой можно было регистрировать абсолютное движение, в отличие от относительного движения. Термин «абсолютный» означал качество, остающееся фактом, безотносительно к положению наблюдателя во Вселенной. Абсолютна ли скорость света? Одинакова ли она, так сказать, для любого наблюдателя независимо от положения источника света или наблюдателя?

На этот вопрос надо было найти неопровержимый ответ. Это была проблема космического масштаба, из которой вытекали выводы исключительной важности.

Великий Клерк Максвелл писал в статье об эфире для девятого издания Британской Энциклопедии: «Если бы можно было измерить скорость света по времени, которое ему требуется, чтобы пройти расстояние между двумя точками на поверхности Земли, а потом полученные данные сравнить со скоростью света в обратном направлении, то мы смогли бы определить скорость движения эфира относительно этих двух точек».

В письме, опубликованном в английском научном журнале «Нэйчур» незадолго до смерти, Максвелл выразил сомнение, что человеку когда-либо удастся найти ответ на этот вопрос. Возможно, что Майкельсон читал это письмо; во всяком случае проблема по-прежнему оставалась неразрешенной. Найти ответ на этот вопрос стало для него навязчивой идеей.

Может показаться, что со стороны молодого американца было самонадеянным предполагать, что ему удастся подобрать ключ к проблеме, над которой безуспешно бились более опытные европейские ученые, но задуманный им эксперимент был, в сущности, довольно прост. Его натолкнула на это мысль, высказанная однажды известным английским ученым сэром Оливером Лоджем: «Глубоководная рыба, по всей вероятности, не подозревает о существовании воды, ибо она окружена ею одинаково со всех сторон; таково же наше положение в отношении эфира».

Рассуждения Майкельсона шли следующим путем. Предположим, что эфир – это нечто материальное, что окружает Землю и пронизывает все сущее на ней. Предположим далее, что этот эфир неподвижен. Тогда наблюдатель, находящийся на поверхности Земли и несущийся вместе с ней в пространстве вокруг Солнца, должен ощущать «эфирный ветер», подобно тому как стоящий на палубе быстродвижущегося судна матрос чувствует на лице дуновение ветра, хотя на самом деле воздух совершенно спокоен.

Опыт

Майкельсон без конца ломал голову над будущим опытом, думая о нем даже по ночам. «Эфирное море», в которое мы погружены, как рыбы в воду, должно в какой-то мере замедлять распространение света, и это замедление должно быть доступно измерению. Следующий пример пояснит это рассуждение. Каждому пловцу известно, даже если он не понимает причины, что легче переплыть движущийся поток воды поперек и вернуться назад, нежели проплыть то же расстояние вверх или вниз по течению и обратно. Так, многие рыболовы замечали, что на весельной лодке переплыть на другой берег реки и обратно скорее, чем вверх по течению и назад.

Майкельсон и скорость света. Пример с гребцом

Рис. 5. Пример с гребцом.
У гребца уходит 100 с на то, чтобы проплыть 27 м вниз по течению и обратно, и 60 с, чтобы проплыть 27 м поперек течения и обратно.

Это явление можно объяснить при помощи очень простого расчета (рис. 5). Два человека в неподвижной воде гребут с одинаковой скоростью 1,5 м в секунду. Вода в реке, по которой они плывут, движется со скоростью 1,2 м в секунду, а ширина реки равна 27 м. Первый гребец проходит на лодке 27 м вниз по течению и затем обратно. Вниз по течению он движется со скоростью 2,7 м в секунду, на обратном пути его скорость равна всего 0,3 м в секунду. На всю поездку, таким образом, у него уходит 27/2,7 + 27/0,3 = 100 сек. Скорость передвижения второго гребца, идущего поперек течения, может быть представлена катетом прямоугольного треугольника, другим катетом которого является скорость движения воды, равная 1,2, а гипотенузой – скорость, с которой гребец передвигается в неподвижной воде, – 1,5. Квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов, или 1,52 = 1,22 + x2, откуда x (скорость его передвижения) равна 0,9 м в секунду. Поэтому он пересекает реку за 27/0,9, или за 30 сек, а общее время, затраченное им на поездку туда и обратно, равно 60 сек, вместо 100 сек, затраченных первым гребцом.

Пользуясь этой простой аналогией, Майкельсон рассудил, что эфир будет меньше замедлять свет, если свет распространяется под прямым углом к направлению движения Земли вокруг Солнца, чем если он движется в пространстве в том же направлении, что и Земля. Если же эфира не существует, тогда направление распространения света не будет играть никакой роли.

Он замыслил свой опыт следующим образом. Он пошлет один луч света на известное расстояние в каком-нибудь одном направлении, а другой луч – на такое же расстояние под прямым углом к первому лучу. Оба луча будут отправлены одновременно и возвратятся в одну и ту же исходную точку. Если эфир действительно существует, лучи, как в случае с двумя гребцами, должны вернуться в исходную точку в разное время, и будет иметь место явление интерференции – одно из свойств волнового движения. Оно выразится в том, что в точке пересечения волн двух лучей получатся перемежающиеся полосы света, известные как характерная картина интерференции.

Как уже было сказано, интерференция происходит при смешении двух волн. Когда гребень одной волны совпадает со впадиной другой, волна погашается, и среда в этой точке покоится. Если гребень одной волны совпадает с гребнем другой волны, волна усиливается. Существуют также переходные степени между погашением и максимальным усилением.

Это явление может быть продемонстрировано в любом мелком бачке с водой. Опустите одновременно кончики двух пальцев в воду на расстоянии нескольких сантиметров. Они породят две круговые волны.

Продолжайте попеременно вытаскивать и опускать в воду пальцы, стараясь по возможности делать это равномерно. Когда встретятся круговые волны от двух источников, можно будет наблюдать картину интерференции. Точки, в которых вода остается в покое, образуют узловые линии, расположенные радиально, подобно спицам в колесе. Между узловыми линиями волновое движение будет продолжаться.

И точно так же, когда гребень одной световой волны встречается с впадиной другой световой волны, происходит погашение света и, если смотреть через небольшую зрительную трубу или проектировать изображение на экран, можно видеть перемежающиеся темные и светлые полосы. Темные полосы соответствуют погашениям. Если же волны попадают на экран или в зрительную трубу в одной и той же фазе, т.е. гребень на гребень и впадина на впадину, то образуется светлая полоса (рис. 6).

Майкельсон и скорость света. Интерференция

Рис. 6. Интерференция.
A – две волны (1, 2) одинаковой амплитуды движутся в одном и том же направлении так, что гребни одной совпадают с впадинами другой; при этом они погашают друг друга (3); б – гребень одной волны находит на гребень другой, а впадина одной – на впадину другой (1, 2); волны складываются и амплитуда волнового движения возрастает; в – монохроматический свет пропускается через две параллельные щели и на экране можно получить изображение. Интерференция с усилением волн (накладывание гребня на гребень) дает светлые полосы, интерференция с погашением гребня впадиной – темные полосы.

Интерференция света была впервые продемонстрирована в 1803 году Томасом Юнгом, поставившим блестящий опыт, который полностью подтвердил волновую теорию света и привел ее противников чуть ли не в исступление. Юнг был человеком разносторонних дарований: в возрасте двух лет он уже поражал своими способностями, еще ребенком стал выдающимся лингвистом, был музыкантом, математиком, крупным физиком, археологом, расшифровщиком иероглифов, художником, философом и анатомом.

В своем опыте, который он показал на заседании Королевского общества в Лондоне, он пропускал монохроматический свет от далекого источника света через два расположенных рядом маленьких отверстия в экране, после чего свет падал на другой экран. Световые пятна на втором экране интерферировали и образовывали перемежающиеся светлые и темные полосы. Этот опыт доказал, что свет и только свет может порождать темноту, перемежающиеся темные полосы на экране. Юнг объяснил, что светлые полосы на экране получаются, когда волны из обоих отверстий проходят до экрана одинаковое расстояние или когда расстояния, пройденные волнами, рознятся на целое число длин волн, т.е. когда фазы совпадают и гребень приходится на гребень. Темные же полосы получаются, когда расстояния, пройденные волнами до экрана, рознятся на полуцелое число длин волн, т.е. когда гребень приходится на впадину, вызывая погашение.

Казалось бы, Майкельсон задумал вовсе не такой уж трудный опыт. Но на самом деле осуществить его было необыкновенно сложно. Ведь свет распространяется с огромной скоростью, а замедление одного из лучей будет в самом лучшем случае ничтожно мало. Наша Земля тащится по орбите со скоростью всего 30 км в секунду, свет же распространяется в десять тысяч раз быстрее. Для проведения такого опыта нужен был прибор необычайной чувствительности в сочетании с безукоризненной техникой экспериментатора. Малейшая неточность инструментов, неуловимая ошибка экспериментатора – и все результаты пойдут насмарку. Но сложности не пугали Майкельсона. Недостатком уверенности в себе он никогда не страдал.

В 1851 году Физо попытался выяснить, влияет ли движущийся водный поток на скорость света, и если да, то в какой степени. В своем опыте он использовал явление интерференции. Он пропускал два световых пучка по параллельным стеклянным трубкам, в которые с большой скоростью нагнеталась вода. В одной трубке свет шел в направлении движения воды, а в другой – в противоположном направлении. Через восемь лет Майкельсон повторил этот опыт, несколько его видоизменив. Вместо двух отдельных световых пучков он использовал один, расщепив его на два при помощи полупрозрачного зеркала; такое зеркало отражает часть света, а часть света пропускает. В результате один пучок превращается в два противоположно направленных.

Интерферометр Майкельсона

Майкельсон использовал принцип обоих аппаратов Физо и на этой основе создал гораздо более совершенный и чрезвычайно точный инструмент – интерферометр Майкельсона. До этого были уже другие интерферометры, в частности интерферометр, сконструированный английским физиком лордом Рэлеем, но прибор Майкельсона превосходил все остальные точностью и заслужил всеобщую известность.

Интерферометр был изготовлен по чертежам Майкельсона инструментальным заводом в Берлине на средства Александра Белла, который взял на себя расходы и тем самым вывел Майкельсона из затруднительного положения. Незадолго до этого, не зная, как изыскать необходимые средства, Майкельсон писал: «Боюсь, что придется отложить эксперимент на неопределенное время». Первая модель была готова в 1881 году.

Майкельсон и скорость света. Схема действия воздушного клина

Рис. 7. Схема действия воздушного клина.
Интерференционные полосы можно наблюдать, посылая луч монохроматического света на две плоские стеклянные пластинки, разделенные очень тонким воздушным клином. Чтобы получить такой клин, достаточно между пластинками с одного конца вложить листок целлофана. Монохроматический свет (в данном случае желтый свет паров натрия) получают, помещая в пламя горелки поваренную соль. На клине наблюдаются перемежающиеся светлые и темные полосы.

Чтобы понять принцип работы интерферометра, надо разобраться в действии воздушного клина (рис. 7) и попытаться представить себе систему темных и светлых полос, которая при этом возникает. Эти полосы сдвигаются при изменении угла между стеклянными пластинками. Именно этот сдвиг полос и измеряет наблюдатель, работающий с интерферометром.

Майкельсон и скорость света. Схема интерферометра Майкельсона

Рис. 8. Схема интерферометра Майкельсона.
Пластинка Р1, покрытая с тыльной стороны тонкой пленкой серебра, отражает часть света (r1) на зеркало M1 и пропускает другую часть (r2) на зеркало M2. Пластинка расположена под углом 45° к лучу A. Пластинка Р2 равна по толщине пластинке Р1 и расположена параллельно ей. Зеркала M1 и M2 находятся под прямым углом друг к другу. Зеркало M2 можно перемещать при помощи специального винта в направлении P2, изменяя длину пути, проходимого лучом r2, а следовательно, и картину интерференции, наблюдаемую в зрительную трубу.

Принцип действия интерферометра Майкельсона показан на рис. 8. Луч света А расщепляется, падая на стеклянную пластинку P1, задняя стенка которой покрыта очень тонкой серебряной пленкой. Часть луча r1 отражается от этой серебряной пленки на зеркало M1; другая часть r2 проходит на зеркало М2, Пластинка P2 вырезана из того же куска стекла, что и пластинка P1, и имеет поэтому ту же толщину; размещается она точно параллельно пластинке P1.

К тому моменту, когда луч r1 достигает зеркала М1, он уже дважды прошел через пластинку P1 – в первый раз на пути к серебряной задней стенке Р1 и второй раз – отражаясь от этой стенки на зеркало M1. Отразившись от зеркала M1, он возвращается по уже пройденному пути, в третий раз проходит через пластинку Р1 и попадает в зрительную трубу наблюдателя.

Серебряная пленка на задней стенке P1 настолько тонка что луч r2 проходит сквозь нее. Затем он проходит через пластинку Р2 на зеркало М2, отражается от него и возвращается по тому же пути. Потом луч r2 еще раз проходит через пластинку Р2 и, отражаясь от задней стенки P1, попадает в зрительную трубу наблюдателя. Обратите внимание, что, пройдя один раз через P1 и два раза через Р2, луч r2 проделал путь, равный пути, проделанному лучом r1, который трижды прошел через Р1 поскольку пластинки Р1 и Р2 имеют одинаковую толщину. Таким образом, лучи r1 и r2 проходят до зрительной трубы наблюдателя одинаковое расстояние.

Теперь предположим, что два зеркала расположены на абсолютно равном расстоянии от полупосеребренной пластинки, угол между их плоскостями составляет точно 90°, а обе пластинки имеют абсолютно одинаковую толщину и расположены под углом точно 45° к направлению движения луча. Глядя в зрительную трубу, наблюдатель видит темное поле. Мнимое изображение зеркала М2 совпадает с плоскостью M1, но луч r2, в отличие от луча r1, отражается от наружной плоскости Р1, и два луча встречаются в противофазе. Если же эти условия не соблюдены, плоскость зеркала М2 не совпадает с плоскостью M1, а играет роль одной из стеклянных пластинок, показанных на рис. 7, образуя клин с плоскостью M1. Глядя в зрительную трубу, наблюдатель видит интерференционную картину темных полос, а когда он при помощи специального винта изменяет положение зеркала M2, темные полосы смещаются поперек его поля зрения. При перемещении зеркала на половину длины волны каждая полоса сдвигается в положение, ранее занимаемое соседней полосой. Подсчитывая эти смещения, наблюдатель может точно определить степень перемещения зеркала.

Майкельсон впервые испытал свой прибор в лаборатории Германа Гельмгольца при Берлинском университете. Обсуждая с Майкельсоном предстоящий опыт, Гельмгольц подчеркивал трудность поддержания постоянной температуры, но тот, несмотря на свое уважение к старейшему ученому, держался иного взгляда. «Все же я позволю себе не согласиться, – писал он Ньюкому. – Я считаю, что аппарат надо окружить тающим льдом, и тем самым будет обеспечена практически постоянная температура».

Как и во время подготовки предыдущего опыта с измерением скорости света, работа неоднократно прерывалась – то по техническим причинам, то разными семейными событиями. Хотя интерферометр был установлен в лаборатории Гельмгольца на прочном каменном фундаменте, вибрация, вызываемая проезжающими по улицам Берлина экипажами, мешала проведению наблюдений не только днем, но даже и ночью. Семейным же событием, помешавшим эксперименту, явилось рождение третьего ребенка – Эльзы. Майкельсон не был склонен к сантиментам и обычно не замечал праздников и именин. Но одно дело – праздник, другое – рождение дочки. И он прервал работу, чтобы скромно отметить семейное торжество.

Затем он вернулся к проблеме вибрации. В апреле прибор был разобран и перевезен в астрофизическую обсерваторию в Потсдаме. Здесь, поместив прибор в нишу в кирпичном фундаменте большого телескопа, Майкельсон, наконец, добился удовлетворительной точности. (Но и в этом надежном месте прибор изводил Майкельсона, реагируя на малейшую вибрацию, вызванную даже шагами человека, идущего по каменной мостовой за квартал до обсерватории.)

Гипотеза эфира ошибочна

К невыразимому удивлению самого Майкельсона опыт не дал результата. Майкельсон не обнаружил задержки в распространении света ни в каком направлении. Происходило лишь ничтожное смещение интерференционных полос. Обе половины расщепленного пучка возвращались практически в одно и то же мгновение.

Это казалось почти невероятным. Так называемый «эфирный ветер» не оказывал совершенно никакого влияния на скорость света независимо от направления луча – по «ветру» или поперек него. Напрашивался вывод, что Земля неподвижна относительно эфира, а это предположение, разумеется, совершенно нелепо.

Однако от наблюдений и фактов никуда не денешься. И Майкельсон скрепя сердце вынужден был обнародовать результаты своих опытов. Он это сделал в августовском номере «Америкэн джорнал оф сайанс» за 1881 год. Статья была озаглавлена «Относительное движение Земли и светоносного эфира» [5]. Его заключение было кратко и не оставляло места для сомнений. «Гипотеза неподвижного эфира ошибочна», – писал он.

Что же оставалось думать физикам? Можно было допустить, что Земля, двигаясь вокруг Солнца, увлекает эфир за собой. А, может быть, никакого эфира и не существует? Может быть, эфир – это просто удобный миф, придуманный физиками для подкрепления своих теорий, подобно тому как миссис Сара Гемп из романа «Мартин Чеззлвит» Чарльза Диккенса придумала миссис Гаррис, чтобы ссылаться на ее мнение в подтверждение своих суждений и россказней.

Само собой разумеется, что вывод, опрокидывающий все привычные представления, вызвал долгие споры. Австрийский философ и физик Эрнст Мах, имя которого часто упоминается в наш век реактивных двигателей и сверхзвуковых чисел Маха, был одним из тех ученых, которые раз и навсегда отвергли реальность эфира. Другой выдающийся ученый, англичанин лорд Кельвин, который требовал, чтобы любая физическая теория была подкреплена механической моделью, продолжал верить в эфир. Оливер Лодж, убежденный сторонник теории эфира, отвергал выводы Майкельсона и настаивал на своем прежнем определении эфира: «Эфир это непрерывно заполняющее пространство вещество, колебание которого обусловливает распространение света; это вещество может разделяться на положительное и отрицательное электричество, в своем вихревом движении оно составляет материю, и именно с его непрерывностью, а не с разрывностью связано свойство восприятия всякого действия и реакции на него, присущие материи». Сам Майкельсон не принимал участия в спорах. Он ограничился тем, что широко оповестил научный мир о результатах своих опытов. Он показал свой интерферометр Корню и другим парижским ученым и опубликовал сообщение об опыте во французском научном журнале «Конт рандю» (Доклады французской Академии наук). Затем Майкельсон вернулся в Соединенные Штаты и приступил к выполнению обязанностей первого профессора физики в Школе прикладной науки Кейса, не подозревая, что ему предстоит там в содружестве с другим ученым проделать работу, которая свяжет их имена с одной из величайших революций в человеческом мышлении.

 

5. Эксперимент Майкельсона - Морли

Оглавление


Дата публикации:

27 октября 2003 года

Электронная версия:

© НиТ. Раритетные издания, 1998