Файл: Джефф Б. Майкельсон и скорость света.pdf

Морли, естественно, был этим сильно огорчен, но понимал мотивы Майкельсона. «В Вустере ему будет гораздо лучше,— писал он своему отцу, Сардису Мор­ ли.— Нго там приняли с распростертыми объятиями. Собственно говоря, в конце этого года отсюда соби­ раются уходить все преподаватели, кроме профессора химии». Морли заключил свое письмо следующими сло­ вами: «Они, несомненно, потеряли одного из двух круп­ нейших физиков нашей страны». Вторым, он, по-види­ мому, считал Генри А. Роуланда, профессора Универси­ тета Джонса Гопкинса.

В это же время Мичиганский университет в Энн Арбор предложил Морли кафедру химии. Майкельсон уговаривал его принять это предложение, говоря, что его «недостаточно ценят» в университете «Уестерн Ре­ зерв», но Морли отказался.

При расставании Майкельсон и Морли договорились, что на следующее лето Морли приедет в Вустер и они продолжат начатое совместно исследование. В начале декабря Майкельсон написал Морли: «Я очень сожалею, что мне приходится одному работать над измерением длин волн, но если, как я надеюсь, этот метод с течением времени получит признание или у нас, или, что более вероятно, во Франции, я буду, конечно, выступать за дуб­ лирование измерений, и тогда у вас будет более чем до­ статочно работы».

Морли решил съездить в Вустер. Майкельсон сооб­ щил ему, что решил продолжать работу самостоятельно, и пригласил Морли с женой к себе в гости на зимние ка­ никулы. Он также ходатайствовал перед Смитсонским институтом, чтобы он предоставил в пользование Морли очень чувствительные весы для его опытов с кислоро­ дом и водородом. Институт заказал еще одни такие весы в Вене и переслал их Морли.

98

В Университете Кларка Майкельсон почти все свое время отдавал исследовательской работе. Лишь раз в

той лишь четырех аспирантов. В основном он зани­ мался изысканиями, связанными с новым эталоном длины.

В 1892 году он сообщил о своей работе астроному Бен­ джамину А. Гульду, американскому представителю в Международном комитете мер и весов. По предложению Гульда Майкельсон получил приглашение Рене Бенуа, директора Международного бюро мер и весов, приехать в Париж и продолжать свою работу в лаборатории бюро в Севре. Он был весьма польщен этим приглаше­ нием, считая, что оно оказывает честь не только ему, но и всей американской науке.

Майкельсон отплыл во'Францию в июле 1892 года вместе с одним из своих аспирантов, Фрэнком Л. О. Уодсуортом. Их ждала долгая и кропотливая ра­ бота, которая явилась бы нелегким испытанием для-са­ мого терпеливого и самоотверженного исследователя. На их пути неоднократно вставали непредвиденные трудности, им не раз приходилось начинать все снача­ ла, но наконец Майкельсон получил удовлетворившее его отношение длины волны кадмия к длине платиново­ го бруса. Он объявил, что 1 553 163,5 длины волны крас­ ной линии кадмия равны по длине севрскому платино­ иридиевому эталону. Майкельсон считал, что возмож­ ная ошибка в измерении не может превышать одной десятимиллионной!

Ученый мир привык верить этому человеку. Трина­ дцать лет спустя трое французских ученых, повторив­ ших его измерение, получили несколько иной резуль­ тат— 1 553 164,13.»Эта незначительная разница равно­

сильна ошибке в 30 см при измерении расстояния между Нью-Йорком и Чикаго. Майкельсон еще раз подтвердил свою репутацию непревзойденного экспериментатора и искусного изобретателя точных инструментов.

Величина, обратная найденному Майкельсоном чис­ лу, была принята Седьмой Генеральной международной конференцией по мерам и весам в качестве нового пер­ вичного эталона длины.

Согласно новому определению, эталоном длины является «длина волны красной линии спектра паров

в честь шведского спектроскописта Андерса Ангстрема.) Впоследствии сотрудники Калифорнийского универ­ ситета— специалист по электронике Джекоб X. Винс и

мий. Это длина волны искусственного изотопа ртути, име­ ющего атомный вес 198. Изотоп этот был впервые получен в 1934 году создателем первого атомного реактора Энри­ ко Ферми. Он получал этот изотоп, бомбардируя золото (элемент с атомным весом 197) нейтронами. Длина вол­ ны его четкой зеленой линии равна 5460,752 ангстрема. Выдвигалось и еще одно предложение: принять новое определение метра, основанное на длине волны, испус­ каемой криптоном, имеющим атомный вес 86. Предло­ жение это было внесено на рассмотрение Генеральной конференции по мерам и весам. Однако эталон Майкельсона пока остается в силе. Таким образом, Май­ кельсон сделал еще один крупный вклад в науку, на этот раз в области метрологии.

100

Переезд в Чикаго

Вскоре Майкельеон ушел из Университета Кларка. За несколько лет он уже дважды оказывался во главе, фа­ культета физики вновь созданного высшего учебного

Чикагский университет был основан в 1890 году на средства Джона Д. Рокфеллера. Как и в европейских университетах, в этом учебном заведении студенты и аспиранты не только учились, но и получали возмож­ ность вести научно-исследовательскую работу. Во главе университета был поставлен энергичный и честолюби­ вый молодой администратор Уильям Р. Гарпер. Задав­ шись целью заполучить к себе лучшие научные силы Соединенных Штатов, особенно из среды молодых уче­ ных, он стал переманивать их из других колледжей. В результате такой мародерской деятельности, получив­ шей название «набег Гарпера», он собрал в Чикагский университет наиболее известных ученых страны. Среди них были геолог Томас С. Чамберлин, ботаник Джон М. Коултер, математик Элиаким X. Мур, химик Джон У. Неф, зоолог Чарльз О. Уитмен. Последний был про­ фессором Университета Кларка, и нет ничего удивитель­ ного в том, что Гарпер заинтересовался также Альбер­ том А. Майкельсоном.

Гарперу не пришлось долго уговаривать Майкельсона покинуть Университет Кларка. Ученому было тогда всего тридцать восемь лет, и он был полон творческих замыслов. Незадолго до этого Лондонское королевское общество присудило ему медаль Румфорда; его извест­ ность за пределами Соединенных Штатов росла'. Он"имел

101

8.

В ПОГОНЕ ЗА ТОЧНОСТЬЮ

II олучив отпуск в Чикагском университете, Майкельсон провел несколько месяцев в Европе. Первое его пуб­ личное выступление по возвращении могло бы недаль­ новидным людям показаться малообещающим. В своей речи на церемонии открытия физической лаборатории Райерсона в Чикаго в 1894 году Майкельсон заявил, что разделяет точку зрения на будущее науки, выска­ занную английским ученым лордом Кельвином. Лорд Кельвин, несомненно, был выдающимся физиком, но с годами у него появилась склонность встречать в штыки любые новые взгляды и веяния в науке. Приведенное Майкельсоном высказывание сводилось к тому, что все великие открытия в физике, по-видимому, уже сделаны и дальнейший прогресс ограничится -изобретением тон­ ких инструментов, способных осуществлять измерения с точностью до шестого десятичного знака! Прогноз ока­ зался, мягко говоря, неточным, что, впрочем, впоследст­

вии признавал сам же Майкельсон.

Репутация крупного ученого избавила Майкельсона в Чикаго от утомительной рутины. Его интересовала

103

исследовательская деятельность, а не прикладная физика. «Непосвященный, — писал он однажды, — особенно де­ ловой человек, от поддержки которого мы, к сожалению, зависим, придает основное значение практической поль­

Майкельсон читал две лекции в неделю и проводил одно семинарское занятие. Часть аспирантов восхища­ лась его «блестящей логикой, ясным и изящным изложе­ нием», других же тяготил его, как они выражались, «дар молчания», они считали его слишком сухим и необщи­ тельным. И тем и другим его курс давался нелегко. Он включал звук, электричество и, разумеется, оптику. Термодинамику Майкельсон не читал.

Родной стихией Майкельсона была лаборатория, а не лекционный зал. Исследования, проведенные им в первые годы пребывания в Чикаго, принесли ему меж­ дународную славу еще в одной области физики. Работа по разделению тонких спектральных линий, проделан­ ная им во время поисков нового эталона длины, породила в нем стремление достичь еще более тонкого разре­ шения. Точность разрешения тесно расположенных линий с помощью спектроскопа была ограничена. Разре­ шающая способность возрастала с увеличением разме­ ра призмы. Однако в это время появился новый прибор гораздо большей разрешающей способности.

Первые диффракционные решетка

О существовании спектральных линий, — светлых (в спектрах испускания) или темных (в спектрах поглоще­ ния), но всегда занимающих строго определенное поло­

104

жение, было известно уже более ста лет, и они явля­

их насчитали до нескольких тысяч). Наиболее харак­ терные из них, ныне называемые линиями Фраунгофе­ ра, он обозначил буквами латинского алфавита. Прове­ дя множество тончайших измерений, Фраунгофер нашел длины световых волн, соответствующие темным линиям в спектре.

Еще в 1752 году шотландский физик Томас Мелвилл обнаружил, что спектры раскаленных паров или газов, получаемые путем преломления в призме, совершенно непохожи-на непрерывный радужный спектр солнечного света. Пары и газы, которые он псТлучал, помещая раз­ личные вещества в пламя, давали на экране яркие пят­ на. Последующие исследователи пропускали свет от рас­ каленных паров или газов сквозь щель, а не сквозь круглое отверстие, которым пользовался Мелвилл, и уви­ дели, что их спектры состоят из четких ярких линий или широких ярких полос. Один и тот же газ или пар всегда давал определенные линии или полосы, занимавшие од­ но и то же положение в спектре.

Было обнаружено также, что раскаленное твердое тело, в отличие от светящихся паров или газов, дает непрерывный спектр, отличающийся от спектра солнеч­ ного света лишь тем, что в нем отсутствуют линии Фра­ унгофера. Все эти эксперименты указывали на наличие какой-то связи между светлыми и темными линиями спектра; характер этой связи был выяснен только в 1859 году Густавом Ф. Кирхгофом, которому удалось получить темные линии в лабораторных условиях.

В опыте Кирхгофа свет от раскаленного твердого те­ ла пропускался через камеру, содержащую пар или газ,

105

а затем сквозь щель и призму проектировался на экран. На экране появлялся спектр с темными линиями. Рас­ положение темных линий было неизменным для данного пара или газа. Кирхгоф пришел к выводу, что пар или газ поглощает из проходящего через него белого света волны только определенной длины. Он обнаружил так­ же, что когда свет пропускался через пары натрия, не­ которые темные линии спектра занимали точно то же положение, что и светлые линии, получаемые от"раска­ ленных паров натрия в качестве источника света. Он решил, что газ или пар поглощает свет определенных длин волн, тех же самых, которые он испускает при на­ гревании.

Отсюда вытекало объяснение линий Фраунгофера:^ газы в атмосфере Солнца и Земли поглощают лучи солнечного света определенных длин волн.

Изучая темные линии, Фраунгофер сделал еще одно открытие — очень тонкие параллельные штрихи, нанесен­ ные на стекло, разлагают свет на спектр, подобно приз­ ме. Будучи чрезвычайно изобретательным и искусным техником, Фраунгофер построил машину, при помощи которой смог нанести 4000 штрихов на полдюйма поверх­ ности стекла.

Так была создана диффракционная решетка — одно из бесценных орудий физика. Такая решетка из тща­ тельно отшлифованного металла или покрытого алю­ минием стекла обладает гораздо большей разрешающей способностью, чем призма, особенно для красной части спектра.

В 1870-х годах нью-йоркский астроном-любитель Лью­ ис М. Рутерферд изготовил прибор для нанесения близ­ ко расположенных параллельных штрихов.

С помощью этого прибора, одной из основных дета­ лей которого был очень точный винт, он изготовил дифф-

106