ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 0
исходило лишь ничтожное смещение интерференционных полос. Обе половины расщепленного пучка возвраща лись 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 вы вод, что Земля неподвижна относительно эфира, а это предположение, разумеется, совершенно нелепо.
Однако от наблюдений и фактов никуда не денешь ся. И Майкельсон скрепя сердце вынужден был обна родовать результаты своих опытов. Он это сделал в ав густовском номере «Америкэн джорнал оф сайанс» за 1881 год. Статья была озаглавлена «Относительное дви жение Земли и светоносного эфира» [5]. Его заключение было кратко и не оставляло места для сомнений. «Гипо теза 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 су ществует? Может быть, эфир — это просто удобный миф, придуманный физиками для подкрепления своих тео рий, подобно тому как миссис Сара Темп из романа «Мартин Чеззлвит» Чарльза Диккенса придумала мис сис Гаррис, чтобы ссылаться на ее мнение в подтвержде ние 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
63
была подкреплена механической моделью, продолжал верить в эфир. Оливер Лодж, убежденный сторонник тео рии эфира, отвергал выводы Майкельсона и настаивал на своем прежнем определении эфира: «Эфир это не-' прерывно заполняющее пространство вещество, колеба ние которого обусловливает распространение света; это вещество может разделяться на положительное и отри цательное электричество, в своем вихревом движении оно составляет материю, и именно с его непрерывно стью, 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 оповЛтил научный мир о результатах своих опытов. Он показал свой интерферо метр 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 профес сора физики в Школе прикладной науки Кейса, не по дозревая, что ему предстоит там в содружестве с другим ученым проделать работу, которая свяжет их имена с одной из величайших революций в человеческом мышлении.
ЭКСПЕРИМЕНТ МАЙКЕЛЬСОНА — МОРЛИ
Школа прикладной науки Кейса, открывшая двери сту дентам в 1881 году и впоследствии преобразованная в Технологический институт Кейса, помещалась в при надлежавшем ранее Кейсу доме на Роквилл-стрит, не подалеку от центральной площади Кливленда. Первое, что предстояло сделать Майкельсону по вступлении в свои обязанности,— это оборудовать лабораторию в подсобном строении на территории школы.
По соседству с владением Кейса располагался уни верситет «Уестерн Резерв», переведенный в Кливленд летом 1882 года из Гудзона (штат Огайо). Через доро гу, в' сотне метров от лаборатории Майкельсона, нахо дился Адельберт-холл — одно из зданий университета, где работал профессор химии Эдвард У. Морли.
Майкельсон и Морли вскоре познакомились и сбли зились на почве общих научных интересов. Они вместе ездили на научные конференции в Балтимору, Мон реаль и другие города, и чем лучше узнавали друг друга, тем больше крепла их взаимная симпатия и уважение.
5 Бернард Д ж еф ф |
65 |
Разные а похожие
Внешне эти двое ученых казались весьма разными. Морли был на пятнадцать с лишним лет старше Майкельсона и вел свой род от англичан-переселенцев, по кинувших Британские острова еще в начале XVII века. Отец его был священник-конгрегационалист, а сам он в 1864 году закончил духовную семинарию в Эндовере (штат Массачусетс) и готовился принять духовный сан. Его карьера являет пример того, как увлечение превра щается в дело всей жизни. Не получив подходящей ду ховной кафедры, он занялся химией, которой до этого только занимался любительски. В 1868 году универси тет «Уестерн Резерв» предложил ему пост профессора химии и естественной философии. Морли был очень ре лигиозен и время от времени произносил проповеди в окрестных церквах. Более того, он согласился принять пост профессора в «Уестерн Резерв» только при усло вии, что ему будет разрешено регулярно читать пропо веди в часовне университета.
Что касается Майкельсона, то он был очень далек от религии. Отец его был атеистом, и в жизни их семьи религия не занимала никакого места. Таким образом, он не приобщился к древней вере своих праотцев и всю жизнь был неверующим. Воспитание детей в духе ре лигии он доверил жене. Восхищаясь чудесами природы, он тем не менее отказывался приписывать их некоему творцу. Однажды звездной ночью, показывая и назы вая своим детям созвездия на небе, он сказал: «Назва ния созвездий вы можете и забыть, но людей, которые не преклоняются перед чудесами природы, я считаю недостойными уважения». Как-то раз он писал: «Что может сравниться по красоте с великолепным соответ ствием средств природы и ее целей и с тем неизменным
66
правилом закономерности, которое управляет самыми, казалось бы, беспорядочными и сложными из ее прояв лений?» Однако идеи бога он не признавал.
Майкельсон был хорош собой, строен и всегда без укоризненно одет. Морли одевался, мягко выражаясь, небрежно и полностью отвечал бы стереотипному пред ставлению о рассеянном профессоре, если бы не жи вость движений, энергия и разговорчивость. Он носил длинную до плеч шевелюру и огромные рыжие усы, торчавшие чуть ли не до ушей. Он был женат, но без детен.
Однако у Майкельсона и Морли было много обще го. Оба любили музыку. Майкельсон хорошо играл на скрипке, а Морли был превосходный органист. Оба от личались изобретательностью по части точных измери тельных приборов и необыкновенной тщательностью в работе. Морли, как и Майкельсон, не упускал ни одной мелочи и, так же как и он, взявшись за исследование ка кой-либо научной проблемы, не отступал, пока не дово дил дело до конца.
До встречи с Майкельсоном Морли, проверяя сооб щения о разном процентном содержании кислорода в разных образцах воздуха, предпринял исследование от носительного веса кислорода и водорода в составе чи стой воды. Это исследование заняло почти двадцать лет. Он провел тысячи опытов, многие за собственный счет. Он проанализировал методом электролиза бесчис ленное количество образцов дистиллированной воды и синтезировал воду методом электрической искры, со единяя заданные количества двух элементов. В резуль тате многолетних исследований он определил вес этих элементов до пятого десятичного знака. Литр кислоро да весит 1,42900 г, а водорода 0,89873 г, с возможной ошибкой в одну трехсоттысячную. Эти величины были
5; |
67 |
повсеместно приняты за стандартные, как и полученное Морли отношение водорода к кислороду 1,0076 к 16. Эксперименты Морли были классическими и завоева ли ему мировое признание.
Влияние движения среды на скорость света
Лорд Кельвин и лорд Рэлей просили Майкельсона про верить влияние движения среды на скорость света. Майкельсон решил в качестве движущейся среды взять воду и своим замыслом поделился с Морли. Тот пред ложил ему для работы свою лабораторию. Она по мещалась в большой подвальной комнате, и условия в ней были идеальными для задуманного Майкельсоном опыта. Морли не был специалистом-физиком, но он был сообразителен, находчив и увлечен проблемой. В 1860 году, еще студентом он одно время работал в области астрономии. Майкельсон рассказал ему о стоя щей перед ними задаче и о приборе, который он думает применить. Морли готов был немедленно приступить к работе. Однако в сентябре 1885 года, когда работа над опытом находилась еще в начальной стадии, Майкель сон явился утром в лабораторию в совершенно жалком гиде. Он заявил Морли, что страдает от нервного исто щения и нуждается в длительном отдыхе. Он сказал, что ему нужно уехать из Кливленда по крайней мере на год. Не согласится ли Морли самостоятельно закончить прибор, провести опыты и опубликовать результаты? Он передал Морли некую сумму, полученную им на проведение опытов, и добавил еще 100 долларов своих.
Затем Морли получил от Майкельсона письмо из Нью-Йорка. Они регулярно переписывались по поводу
68
эксперимента. Четыре месяца спустя Майкельсон не ожиданно приехал в Кливленд и предложил продол жать работу совместно. Здоровье его значительно улуч шилось и он смог довести опыт до конца. В 1886 году в «Америкэн джорнал оф сайанс» за подписями обоих появилась работа «Влияние движения среды на ско рость света» [7]. Майкельсон и Морли обнаружили, что
движение воды оказывает |
влияние |
на |
скорость |
света, |
но не такое, какое можно |
ожидать |
из |
теории |
эфира. |
Их опыт подтвердил результаты исследований, проде-' данных Физо в 1851 году. Сразу два учебных заведе ния •—Университет «Уестерн Резерв» и Институт техноло гии Стивенса присудили Майкельсону степень доктора философии. Эта была первая ученая степень Майкельсона, поскольку в его время Морская академия еще не имела права присуждать звание бакалавра наук.
Теперь, обладая усовершенствованным прибором' и обогатив свой опыт, Майкельсон смог вернуться к экс перименту с эфиром, который он так долго откладывал. В этой работе Морли тоже должен был принимать уча стие. Они были полны самых радужных надежд, и Морли писал отцу 17 апреля 1887 года: «Мы с Майкельсоном приступили к новому эксперименту, который должен по казать, одинакова ли скорость распространения света в любых направлениях. Я не сомневаюсь, что мы полу чим окончательный ответ». Разумеется, Морли несколь ко упрощенно определял цель опыта. Майкельсон и Морли собирались предпринять решительную попытку «изловить» неуловимый эфир. В случае положительно го результата наука получит не только скорость движе ния Земли по орбите относительно эфира, но и скорость ее вращения вокруг своей оси, а, может быть, даже ме
тод |
определения скорости движения в пространстве |
всей |
солнечной системы. Это была бы первая попытка |
69
при помощи локального оптического явления опреде лить абсолютное движение Земли в пространстве, кото рое отождествлялось с эфиром.
Прибор Майкельсона — Морли
Сконструированный ими прибор оказался весьма мас сивным сооружением. Он состоял из каменной плиты площадью примерно 150 кв. см и толщиной около 30 см. На плите было установлено четыре зеркала, сде ланные из сплава меди, олова и мышьяка, а также все прочее оборудование, включая горелку 'Аргана. Чтобы обеспечить строго горизонтальное положение каменной плиты и избежать погрешностей за счет вибрации, тре ния и натяжений, плита плавала в ртути, очищенной Морли. Ртуть наливалась в кольцеобразный чугунный сосуд с толщиной стенок около 1,5 см; поверх ртути плавала деревянная подставка в форме бублика, а на ней уже устанавливалась каменная плита. Осевой стер жень обеспечивал концентричность деревянного поплав ка и чугунного сосуда. Промежуток между стенкой со суда и наружным ободком поплавка составлял меньше 1,5 см (фиг. 9). Чугунный сосуд покоился на опоре, представлявшей собой низкий пологий кирпичный вось миугольник, внутрь которого был залит цемент. Фунда мент интерферометра уходил глубоко в землю, до ко ренной породы, так как верхний слой почвы не был достаточно устойчивым. По окружности сосуда, на одина ковом расстоянии одна от другой, было сделано шест
надцать отметок. Деревянный чехол |
защищал |
оптиче |
скую часть прибора (зеркало на каждом углу |
плиты) |
|
от воздушных потоков и внезапных |
изменений |
темпе |
ратуры. |
|
|
70