Файл: Джефф Б. Майкельсон и скорость света.pdf

Бенджамена Франклина и Джозефа Генри по элект­ ричеству. Возможной кандидатурой на Нобелевскую премию мог бы быть Генри Роуланд, создавший диффракционную решетку и установивший законы магнит­ ного потока, но Роуланд умер в 1901 году. Можно еще назвать Сэмюэля П. Лэнгли, профессора Смитсонского института, автора блестящих работ по аэродинамике, и Джозайю Уилларда Гиббса, который разработал мно­ гие вопросы физической химии, легшие в основу совре­ менной химической технологии. К сожалению, работы Гиббса не получили широкого признания, и меньше всего его ценили у него на родине, в Америке.

Исследования Майкельсона были в другом плане. В его трудах не содержалось глубоких математических открытий. По сути дела, он был великолепным измери­ телем, несравненным создателем точных’ приборов, изо­ бретательным экспериментатором. Шведская Академия отметила его не за знаменитый опыт с эфиром, ибо тео­ рия относительности, созданная Эйнштейном и опуб­ ликованная лишь за два года до этого, все еще подвер­ галась сомнениям. (Эйнштейн получил Нобелевскую премию лишь в 1921 году, причем за объяснение фото­ электрического эффекта.) В решении Нобелевского ко­ митета говорилось о «методах осуществления точных измерений», разработанных Майкельсоном, и проведен­ ных им «исследованиях в области спектроскопии». Упо­ минались и его эталон длины и анализ спектральных

линий.

Триумф Майкельсона вызвал ликование в Соеди­ ненных Штатах. Газеты писали о нем на первых стра­ ницах. Чикагский университет дал в его честь грандиоз­ ный банкет. Последовали новые награды, в частности коплейская медаль Лондонского королевского общества, присужденная за опыт с эфирным ветром.

126

На церемонии присуждения коплейскои медали Майкельсон произнес одну из своих немногочисленных речей. Он напомнил Европе, что Америка изменяет свое отно­ шение к науке, и говорил о том, каким он надеется видеть будущее науки у себя в стране. Лондонская газета «Таймс» поместила следующее изложение его речи:

«Честь, оказанная ему обществом, является одновре­ менно признанием заслуг американской науки. (Одобри­ тельные возгласы) Америка еще молода, и ей свой­ ственны многие ошибки юности, но с каждым годом там уделяется все больше внимания научным исследо­ ваниям. Прошло время, когда были возможны случаи, подобные тому, о котором он сейчас расскажет. Один его хороший приятель, которого он не видел двадцать

в гости.

Он всячески старался развлечь приятеля, но интерес­ ного разговора не получалось. Тогда он повел его к себе в лабораторию, чтобы показать одну машину, которая, как он полагал, должна была заинтересовать даже чело­ века, не имеющего отношения к науке. Он объяснил приятелю назначение машины, и тот выслушал его объ­ яснение в полном молчании.

Когда они возвращались домой, приятель вдруг спросил, какой прок в проводимых им исследованиях? Ему пришлось в ответ прочитать небольшую лекцию по физике и, в частности, рассказать о спектроскопе. Его приятель не знал, что такое спектроскоп. Он объяснил, что определенные линии в спектре указывают на опреде­ ленные элементы и что при помощи спектроскопа мы можем узнать, из каких элементов состоят Солнце и зве­ зды. Он особо подчеркнул, что этим способом в составе Солнца и звезд был обнаружен натрий. Никакого

127

11

ДОСТАВШИЙ ЗВЕЗДУ

Это было в 1914 году. Однажды, когда Майкельсон, как всегда один, обедал в клубе Кводрэнгл, к нему по­ дошел Томас С. Чамберлин, профессор геологии Чи­ кагского университета. Он был поглощен одной пробле­ мой и хотел обсудить ее с Майкельсоном.

Сэр Джордж Дарвин создал теорию приливного происхождения системы Земля — Луна, согласно кото­ рой Луна в свое время оторвалась от Земли. Эта теория предполагала, что Земля является вязким телом. Дар­ вин считал, что чрезвычайно высокая температура внут­ ри Земли поддерживает ее в полужидком состоянии. Другой же английский ученый, лорд Кельвин, доказы­ вал, что вследствие огромного внутреннего давления планета наша— твердая, несмотря на высокую темпера­ туру в центре. Оба ученых пользовались громадным ав­ торитетом в научном мире, но один из двоих должен был ошибаться. Возможно, в какой-то мере ошибались оба и истина находилась где-то на полпути.

Теоретические рассуждения не были достаточно убе­ дительными, и среди ученых не существовало единого взгляда. Требовался неопровержимый эксперимент. Было проведено несколько опытов с очень чувствитель­ ным маятником, но они не дали решающих результатов. Майкельсон и Чамберлин подробно обсудили все воз­ можности и, в конце концов, остановились на всемогу­ щем интерферометре. Этот прибор способен определять с абсолютной точностью малейшие расстояния. Может быть, так будет найдено решение.

Из чего состоит ядро Земли?

Майкельсон поставил эксперимент совместно с двумя своими молодыми коллегами — Генри Дж. Гейлом, ко­ торый помогал ему при опытах с измерением скорости света, и физиком Гарвеем Б. Лемоном. На территории Йеркской обсерватории, возле Женевского озера (штат Висконсин), на глубине 1,8 м в землю были зарыты, две трубы, каждая длиной немного более 153 м и диа­ метром 15 см. Одна труба шла с востока на запад, другая — с севера на юг. Концы труб были закрыты стеклянными пластинками, а на месте их соединения была построена камера для наблюдений. Трубы, «апо-| ловину заполненные водой, концами выходили в отде­ ланные бетоном шахты глубиной 3 и 2,5 м в поперечни­ ке, в которых проводились наблюдения. На обоих кон­ цах каждой трубы помещалось по интерферометру.

Притяжение Солнца и Луны, рассуждал Майкель­ сон, вызывающее всем знакомые приливы и отливы в морях и океанах, должно оказывать точно такое же действие на крошечные искусственные «моря», заклю­ ченные в эти две грубы. Степень этого притяжения будет

130

Измерение диаметра сверхгигантской звезды

Исследование ядра Земли не поражало воображение не­ посвященных. Результаты этих исследований были опуб­ ликованы Майкельсоном и Гейлом [28] в 1919 году в четырех различных научных журналах в Америке и за границей и вскоре были забыты. Зато к концу следую­ щего года американские газеты ошеломили всех от мала до велика подлинной сенсацией. 30 декабря 1920 года «Нью-Йорк тайме» объявила огромными буквами на первой странице: «Гигантская звезда, равная*27 мил­ лионам наших Солнц, измерена Майкельсоном... Вели­ чайший триумф науки». Большая диаграмма показыва­ ла относительную величину небесного колосса. На сле­ дующий день газета напечатала передовую статью об этом замечательном научном достижении. Майкельсон был первым ученым в истории, которому удалось из­ мерить угловой диаметр отдаленной звезды.

Известие, что сверхгигантская звезда Бетельгейзе (Альфа Ориона), расположенная в плече созвездия Орион (для земного наблюдателя — крохотная точка красноватого цвета, затерянная в глубинах Вселенной на расстоянии 200 световых лет), имеет диаметр, рав­ ный примерно 380 млн. км, не могло не произвести впечатления. Диаметр этой звезды в 250 раз больше диаметра Солнца, и она в 1200 раз ярче. Рядом с ней наше Солнце с диаметром более миллиона километров кажется карликом. Внутри Бетельгейзе свободно раз­ местилось бы 27 миллионов наших Солнц! Там почти хватило бы места для всей орбиты планеты Марс.

Это было действительно что-то огромное, что-то но­ вое, доступное даже человеку, не знающему высшей ма­ тематики и не умеющему мыслить абстракциями. Здесь все было конкретно и просто. Газеты печатали диаграммы

132

относительной величины звезды Бетельгейзе. В истории науки было мало открытий, которые вызвали бы та­ кой всеобщий и живой интерес, как это эффектное из­ мерение. Майкельсон стал героем дня.

От исследования сокровеннейших тайников мельчай­ ших атомов он перенесся к гигантской звезде в темном пространстве космоса. Однако это не было его первым экскурсом в область астрономии. За тридцать лет до этого, когда он состоял профессором Университета Кларка, - он опубликовал в «Филозофикал мэгэзин» статью [И], в которой описал некоторые наблюдения за двойной звездой Капеллой; эти наблюдения он, по сути дела, проводил тем же методом, что и измерение звез­ ды Бетельгейзе. Две звезды, составляющие Капеллу, находятся так близко одна к другой, что их невозможно было разрешить даже самым сильным из существовав­ ших телескопов. Майкельсон применил свой знаменитый интерферометр, с помощью которого он надеялся изме­ рить «истинную величину телескопических объектов, та­ ких, как планетоиды, спутники и, возможно, звезды». На следующий год он перевез свое оборудование в Ликскую обсерваторию на вершине горы Маунт-Гамильтон в Калифорнии; там с помощью своего ассистента Фрэнка Л. Уодсуорта и профессора Уильяма У. Кемп­ белла Майкельсон измерил величину спутников Юпи­ тера [12].

Работа по измерению звезды Бетельгейзе была пред­ принята по инициативе Джорджа Эллери Хэла, кото­ рый в 1905 году ушел из Чикагского университета и уехал в Калифорнию. Хэл впервые встретился с Майкельсоном в 1888 году на научной конференции в Клив­ ленде, где Майкельсон доложил о только что изобре­ тенном им интерферометре. Позднее Хэл стал препода­ вать в Чикагском университете, где пробыл тринадцать

133

лет. Он часто беседовал с Майкельсоном и имел воз­ можность наблюдать за его работой. Он был убежден, что этот человек способен осуществить невозможное.

обладала наиболее мощным по тем временам телеско­ пом диаметром 2,5 м. Но даже этот гигант был бес­ силен определить диаметр какой-нибудь звезды. Звез­ ды наблюдаются через телескоп в виде световых точек.

Вследствие огромных расстояний, отделяющих звез­ ды от Земли, их невозможно увеличить до размеров дис­ ка, который был бы доступен измерению. Было рассчи­ тано, что для измерения звезды потребуется линза или зеркало с диаметром около б м.

Интерферометр и телескопы

Хэл уговорил Майкельсона попытаться провести изме­ рение звезды. Работы были приостановлены в связи с начавшейся войной, но в 1919 году возобновились. После предварительных опытов с 40-дюймовым рефрактором в йеркской обсерватории Майкельсон и Фрэнсис О. Пиз летом 1920 года испробовали свой метод на 60- и 100-дюймовых телескопах обсерватории Маунт-Вильсон. Зеркало телескопа закрывалось светонепроницаемой крышкой, в которой были две передвигающиеся щели, и телескоп направлялся на измеряемую звезду. В окуляре наблюдателя вследствие интерференции двух диффрагированных пучков света появлялась система интерферен­ ционных полос.

При передвижении щелей система полос медленно изменялась и в какой-то момент, когда щели находились

134