Файл: Джефф Б. Майкельсон и скорость света.pdf

ракционную решетку размером 5 см, на которую было нанесено 35 000 штрихов.

По своей резрешающей способности эта решетка превосходила лучшие призмы, существовавшие в то вре­ мя. Однако по современным понятиям штрихи на решет­ ках Рутерферда были нанесены недостаточно точно.

Затем на сцену выступил сын пенсильванского священ­ ника Генри А. Роуланд. В возрасте двадцати лет он писал: «Я намерен посвятить свою жизнь науке. Если она даст мне богатство, я приму его, как дар друга, но, если и не даст, я не буду роптать».

В 1870 году он окончил Политехнический институт Ренсселэра в городе Троя (штат Нью-Йорк). Позднее, будучи первым профессором физики в Университете Джонса Гопкинса, он поставил себе задачу усовершенст­ вовать диффракционную решетку. Он предугадывал ог­ ромные возможности этого инструмента. С помощью механика Теодора Шнейдера он построил первую штриховальную машину современного образца. Она наносила от 14 000 до 20 000 штрихов на дюйм поверхности зер­ кального металла или вогнутого стекла, причем рас­ стояния между штрихами были гораздо равномернее,, чем в ранее изготовленных решетках.

Эти великолепные решетки давали гораздо лучшую разрешающую способность, и Роуланд изучил солнечный спектр значительно более подробно, чем кто-либо до не­ го. Затем он построил еще две штриховальные машины, при помощи которых удалось создать диффракционную решетку размером 6 дюймов (15 см). Это было шагом вперед в спектроскопии, поскольку новая решетка позво­ ляла уточнить длины .световых волн, в частности полу­ чить гораздо более высокое разрешение спектров звезд, сфотографировать эти спектры и подвергнуть их тща­ тельному анализу.

107

В 1881 году Роуланд поехал в Европу, чтобы сделать там сообщение о разработанной им новой технике обра­ ботки диффракционных решеток. Его выступления в Па­ риже и Лондоне произвели огромное впечатление. В это время Майкельсон тоже находился в Европе и был за­ нят проблемой, эфира, однако точнейшие диффракционные решетки Роуланда поразили и его воображение.

Майкельсон подошел к проблеме лучшего разреше­ ния спектральных линий [14, 18] (характерно, что в это время он занимался и другими исследованиями) не­ сколько иначе, чем Роуланд. Он заинтересовался открытым незадолго до этого явлением, получившим наз­ вание эффекта Зеемана. Профессор Лейденского универ­ ситета Питер Зееман обнаружил, что спектральную ли­

. ние Зеемана в 1895 году, а три года спустя он изобрел усовершенствованный спектроскоп, принцип устройства которого был очень прост, но построить который было весьма сложно.

В этом приборе не было ни призмы, ни диффракционной решетки. Вместо одной стеклянной пластинки, на которую нанесены штрихи, Майкельсон применил стоп­ ку пластинок точно одинаковой толщины. Расположил он их в виде ступенек лестницы (отсюда и название прибора — эшелонный спектроскоп) [19]. В этом прибо­ ре еще раз проявился изобретательский гений Майкельсона.

Казалось бы, такая напряженная исследовательская работа не оставляла времени еще для каких-либо заня­ тий, но Майкельсон весной 1899 года получил предложе­ ние прочесть цикл лоуэлловских лекций в Бостоне и съездил в Европу. Учрежденные еще в 1839 году Инсти­ тутом Лоуэлла ежегодные лекции были событием в мире

. 108

науки, и любой ученый считал для себя честью получить предложение их прочитать. Темой своих лекций Майкельсон избрал «Световые волны и их применение». Бостонцы произвели на него самое благоприятное впе: чатление. «Упреки бостонцам в недостатке радушия,— писал он президенту университета Гарперу, — чистейшая клевета».

Затем Майкельсон ненадолго поехал в Англию. В Кембриджском университете состоялась церемония присвоения ему почетного звания доктора наук. Когда он вернулся, Гарпер попросил его подготовить свои оп­ тические приборы для экспонирования на предстоящей Всемирной выставке в Париже. Это поручение не было интересным, и Майкельсон согласился с большой неохо­ той. В Париж были отправлены интерферометр, эшелон­ ный спектроскоп и новый гармонический анализатор.

Майкельсон создал гармонический анализатор — еще одно свидетельство его разносторонности — с помо­ щью аспиранта Сэмюэля У. Стрэттона. Этот прибор да­ вал возможность, анализировать сложные интерферен­ ционные картины, включающие сложные гармонические колебания. Машина упрощала вычисления при разло­ жении сложных кривых на совокупность простых сину­ соид. Гармонический анализ применяется также в исследованиях музыкальных звуков, переменного элек­ трического тока, движений приливов и отливов и в мете­ орологии.

Президент Гарпер посетил Парижскую выставку летом 1900 года и вернулся оттуда в большом огорчении. Приборы Майкельсона даже не были распакованы. Он немедленно отправил в Париж Роберта А. Милликена, поручив ему распаковать экспонаты и найти для них место на стенде. В результате Чикагский университет получил за эти экспонаты «Гран при». Когда Майкель-

109

сон, отдыхавший в это время в Вудс Хоуле, узнал при­ ятную новость, он написал Гарперу: «Я искренне Вам благодарен за все, что Вы сделали, и признаю, что Вы поступили мудро, добившись отправки приборов, не­ смотря на все трудности, в том числе и на мои возра­ жения...»

Самая совершенная диффращионная решетка

Покончив со всеми этими делами, отвлекавшими его от исследований, Майкельсон смог теперь сосредоточиться на проблеме создания машины для нанесения штрихов на диффракционные решетки. Для этой работы ему тре­ бовались значительные средства, и он счел необходимым поставить в известность Гарпера.

«...За последние десять лет,— писал он,— спектроско­ пия добилась замечательных успехов, и есть все основа­ ния предполагать, что усовершенствование основного элемента спектроскопа — „решетки” — даст возможность раскрыть новые секреты лаборатории Природы. Сейчас я работаю преимущественно над созданием и усо­ вершенствованием именно этих диффракционных решеток.

Процесс изготовления решетки состоит в нанесении (алмазным резцом) на оптически безукоризненную ме­ таллическую поверхность чрезвычайно тонких штрихов, и основная сложность заключается в том, что винт, кото­ рый сейчас изготовляют в моей мастерской, должен обладать необыкновенной точностью».

Винт — это сердце всей штриховальной машины. Он должен с чрезвычайной точностью отмеривать расстоя­ ние от одного штриха до другого.

110

Майкельсон мечтал, что Чикагский университет ста­ нет мировым центром спектроскопии, и не жалел сил для

в штате всегда состояли высококвалифицированный кон­ структор и мастер-механик. Обычно он сначала долго вынашивал мысль в голове. Тщательно все обдумав, он делал черновой чертеж и звал мастера. Его указания всегда были в высшей степени ясными и определенны­ ми, и он требовал, чтобы прибор был изготовлен безу­ коризненно.

В 1905 году, после шести лет упорного труда, Май­ кельсон приступил к штрихованию новой решетки [22] своей собственной машиной, представлявшей собой усо­ вершенствованный вариант машины Роуланда. Работа велась в комнате, где поддерживалась постоянная тем­ пература. Помещалась она в подвале физической лабо­ ратории Райерсона. Всего на решетку размером 15 см было нанесено 110 000 штрихов. С такой решеткой он мог получить разрешение спектральных линий, которое

.давала бы призма с длиной стороны 10 м. Хотя достижение было огромным, он не остановился на этом.

Ухватившись, по выражению Милликена, «за хвост медведя», он никак не желал его выпускать. (Его первая машина была передана Массачусетскому

Майкельсон потратил еще десять лет на создание второй штриховальной машины, еще более фантастиче­ ских возможностей, и при ее помощи изготовил диффракционную решетку размером 20 см, а затем решетку раз­ мером 24 см, которая и поныне остается самой широкой из когда-либо изготовленных диффракционных решеток.

111

На нее нанесено 117 000 штрихов, и она является вели­

чайшим человеческим достижением в этой области меха­ ники.

За те многие годы, что он потратил на создание точ­ нейших штриховальных машин и спектроскопов, на пути Майкельсона вставало множество трудностей. Трение, вибрация, перекосы, ползучесть, износ частей, измене­ ния температуры и даже пыль — все точно сговорилось отравлять жизнь ему и его технику. В погоне' за совер­ шенством они пытались осуществить почти неосущест­ вимое, добиваясь, чтобы штрихи, едва различимые даже в микроскоп, были обязательно одинаковы по ширине, глубине и длине, чтобы все расстояния между ними бы­ ли абсолютно точно равны между собой, а сами штрихи безукоризненно параллельны. Чтобы исправить одно не­

точное движение, часто требовалось несколько недель работы.

«Когда скопление трудностей начало казаться непрео­ долимым, — писал однажды Майкельсон, — была созда­ на совершенная машина, проблема объявлена решенной и радостное событие отмечено всеобщим ликованием, а на следующем же испытании оказалось, что надо все начинать сначала». Майкельсон даже стал относиться к этим машинам, как к разумным существам. «Я чуть было не сказал, как к женщине, к которой нужно подлажи­ ваться, которую нужно уговаривать, умасливать, кото­ рой иногда не грех и пригрозить. Потом пришло созна­ ние, что машина напоминала скорее ловкого и умелого игрока в какую-то сложную, но увлекательную игру, игрока, который немедленно воспользуется любой ошиб­ кой противника, который „ошарашит” его самым неожи­ данным сюрпризом, который никогда не полагается на случаи, но вместе с тем играет честно, ни на йоту не отступая от известных ему правил, но и не делая ника­

112

ких скидок на то, что вы этих правил не знаете; Когда вы сами научитесь играть по этим правилам, игра будет протекать так, как ей положено».

Джулиус Пирсон, который, как и его брат Фред, проработал у Майкельсона четверть столетия в качест­ ве техника, вспоминал, что Майкельсон зачастую вроде бы и не проявлял особого усердия в работе. Но если происходила какая-то заминка, он работал неустанно, с неослабевающим упорством, пока не устранял ставшее на его пути препятствие. А потом он снова работал не спеша.

Майкельсон не имел обыкновения восторгаться соб­ ственными достижениями или впадать в лирические из­ лияния, но, выступая на съезде Американской ассоциа­ ции по содействию развитию науки в 1911 году, он говорил о новых спектроскопических инструментах поч­ ти языком поэта:

«Послания, которые мы получаем из глубины звезд­ ного мира, или от электрической дуги в нашей лаборато­ рии, независимо от того, доходят ли они до нас за миллионную долю секунды или за сотни световых лет, являются достоверными сообщениями о событиях, имел­ ющих глубочайшее значение для человечества. Они до­ ходят до нас в виде шифра — на языке, который мы только начинаем понимать. Наш долг — научиться по­ лучать и записывать эти сообщения. Когда новый Кеп­ лер или Ньютон расшифрует их, нам откроются чудеса, для понимания которых потребуется величайшее на­ пряжение нашего интеллекта».

Майкельсон дожил до начала эпохи этих великих открытий. При помощи современного мощного спектро­ графа, основанного на диффракционных решетках, были раскрыты сокровеннейшие секреты атома, и перед

9

Ч Е Л О В Е К

Майкельсон был сложной натурой. Человек с таким происхождением, способностями и устремлениями вряд ли мог быть иным. Сын иммигранта в чуждом окруже­ нии,— а что может быть непривычнее для польской се­ мьи, чем лагерь Мэрфи или Вирджиния-Сити?— он вы­ рос в суровой обстановке. В Морской академии и во время службы на флоте его приучали к строгой дисцип­ лине, против которой порой, несомненно, восставали его ум и творческий дух, даже если он сам не сознавал это­ го. Еще в самом начале жизни ему пришлось обращать­ ся к президенту Соединенных Штатов с просьбой за­ числить его в Академию, затем ему приходилось убеж­ дать ректоров различных университетов, чтобы ему дали возможность заниматься исследовательской работой. Жизнь его в значительной мере сводилась к усилиям убедить «практических людей» в том, что он, Майкель­ сон, знает, что делает, и что дело его действительно важно и необходимо.

Человек, который полностью посвятил себя заняти­ ям, весьма далеким от повседневных дел простых смерт-