ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.04.2024
Просмотров: 783
Скачиваний: 0
Глава 3. Об относительном движении Земли и светоносного эфира
Разница длин двух оптических путей затем ликвидировалась перемещением зеркала e1.Это зеркало имело три вида регулировки; оно регулировалось по высоте и по азимуту так же, как и другие зеркала, но более точно, оно также имело регулировку вдоль на- правления падающего луча, смещаясь вперед или назад, но остава- ясь точно параллельно своей бывшей плоскости. Все три вида ре- гулировки этого зеркала могли быть выполнены при установлен- ном деревянном кожухе.
Рис. 3.4. Схема основная интерферометра в разрезе
Камень а (см. рис. 3.4) имеет квадратную поверхность со сто- роной примерно в 1,5 м и толщину 0,3 м. Он расположен на коль- цеобразном деревянном плоту bb, имеющем внешний диаметр в 1,5 м, внутренний диаметр 0,7 м и толщину 0,25 м. Плот покоится на ртути, залитой в чугунный желоб сс толщиной 1,5 см и таких раз- меров, чтобы вокруг плота оставалось расстояние около 1 см. Штырь d, удерживаемый креплениями gggg, вставлен в гнездо е, расположенное на плоту. Штырь может быть вставлен в отверстие, а может быть вынут с помощью рычага, вращающегося в точке f. Этот штырь удерживает весь плот соосно с желобом, но не несет на себе никакой части веса камня. Кольцеобразный чугунный желоб покоится на цементном основании и на низком кирпичном фунда- менте, имеющем форму полого восьмиугольника.
49
А.А.Майкельсон, Э.Морли, 1887 г.
Оптические пути теперь были примерно равны, два изображе- ния источника света или некоторого хорошо заметного предмета, помещенного перед конденсирующей линзой, совмещались, а теле- скоп был далее отрегулирован для ясного видения интерференци- онных полос, и при их появлении белый свет заменялся на свет на- трия. * Регулировкой с помощью зеркала e1 они делались настолько четкими, насколько это было возможно; затем возвращался белый свет; винт, регулирующий длину оптического пути, приводился во вращение очень медленно (один поворот винта при одной сотне витков на дюйм изменял траекторию примерно на 1000 длин волн) до тех пор, пока цветные интерференционные полосы не появля- лись вновь в белом свете. Это позволило получить удобные шири- ну и положение полос, и аппарат стал готов к наблюдениям.
Наблюдения были проведены следующим образом: по окруж- ности чугунного лотка были нанесены 16 отметок на равном рас- стоянии друг от друга. Аппарат очень медленно вращался (один оборот за 6 минут) и после нескольких минут проволочное пере- крестие микрометра было установлено на самой четкой из интер- ференционных полос в момент прохождения одной из отметок. Движение было настолько медленным, что это можно было сделать без труда и точно. Отмечалось положение головки микрометриче- ского винта, затем производился очень легкий и плавный толчок для поддержания движения камня; при прохождении второй от- метки повторялся тот же процесс, и это продолжалось до тех пор, пока аппарат не совершал шесть полных оборотов. Было обнару- жено, что при поддержании медленного и равномерного движения аппарата результаты получались гораздо более однородными и по- следовательными, чем когда камень останавливался для каждого наблюдения, в силу того, что эффекты деформаций могли наблю- даться еще в течение по крайней мере полминуты после того, как камень будет остановлен, и за это время начинало оказывать влия- ние изменение температуры.
Ниже в таблице приведены средние значения шести отсчетов: для наблюдений, сделанных около полудня (первые), около шести
* Бернард Джефф в книге «Майкельсон и скорость света». (М.: Изд-во иностранной литературы, 1963). http://n-t.ru/ri/dj/mc05.htm утверждает, что
монохроматический желтый свет паров натрия был получен размещением в пламени горелки поваренной соли (NaCl). — Прим. ред.
50
Глава 3. Об относительном движении Земли и светоносного эфира
часов вечера (вторые). Отсчеты — это деления шкал на головках винтов. Ширина полос варьировалась от 40 до 60 делений, среднее значение составляло около 50 делений, так что одно деление соот- ветствовало 0,02 длины волны. Вращение в полуденных наблюде- ниях производилось против часовой стрелки, а в вечерних — по движению часовой стрелки.
Результаты наблюдений представлены графически на рис. 3.5. Верхняя кривая — это дневные наблюдения, нижняя — вечерние наблюдения. Пунктирные кривые представляют собой 1/8 теорети- ческого смещения. Кажется вполне справедливым заключить из рисунка, что если есть какое-либо смещение из-за относительного движения Земли и светоносного эфира, то оно не может быть
больше, чем 0,01 рас- стояния между поло- сами.
Если рассматри- вать только орби- тальное движение Земли, то это сме- щение должно со- ставить:
2D v2 = 2D ×10−8 .
V 2
Расстояние D со- ставило около 11 м или 2·107 длин волн желтого света, таким образом, ожидалось смещение 0,4 полосы.
Действительное же смещение было, конечно, меньше, чем 1/20, а возможно, что и меньше, чем 1/40 часть. Но поскольку смещение пропорционально квадрату скорости, то относительная скорость Земли и эфира, возможно, меньше, чем 1/6 орбитальной скорости Земли, и уж конечно меньше, чем 1/4.
51
А.А.Майкельсон, Э.Морли, 1887 г.
52
Глава 3. Об относительном движении Земли и светоносного эфира
Для того, что было сказано, имеет значение только орбитальное движение Земли. Если же оно объединено с движением Солнечной системы, относительно которого имеется мало определенных дан- ных, то результат должен быть изменен; вполне возможно, что ре- зультирующая скорость во время наблюдений была малой, хотя шансов на это мало. Поэтому эксперимент должен повторяться че- рез интервалы в три месяца, таким образом, вся неопределенность будет устранена.
Из всего изложенного следует, что если и существует относи- тельное движение Земли и эфира, то оно должно быть малым, на- столько малым, чтобы полностью опровергнуть объяснение абер- рации Френелем. Стокc предложил теорию аберрации, которая предполагает, что эфир на поверхности Земли покоится относи- тельно последней, но только требуется, чтобы относительная ско- рость имела потенциал; однако Лоренц показал, что эти условия несовместимы. Лоренц далее предложил модификацию теории, ко- торая объединяет некоторые идеи Стокса и Френеля и допускает существование потенциала вместе с коэффициентом Френеля. Если теперь, на основании данной работы, можно было бы вполне за- конно сделать вывод о том, что эфир находится в покое относи- тельно поверхности Земли, а, согласно Лоренцу, может не сущест- вовать потенциала скоростей, то собственная теория Лоренца так- же может оказаться несостоятельной.
Дополнение
Из изложенного выше очевидно, что может быть безнадежно пытаться определить факт движения Солнечной системы путем наблюдений оптических явлений на поверхности Земли. Но не не- возможно обнаружить относительное движение аппаратом, подоб- ным использованному в описанных экспериментах, на средних вы- сотах над уровнем моря, например, на вершине отдельно стоящей горы. Вероятно, если эксперимент будет когда-либо проводиться в подобных условиях, кожух аппарата должен быть выполнен из стекла или вообще отсутствовать.*
Целесообразно рассмотреть другой метод увеличения влияния квадрата отклонения, который был рассмотрен при подготовке на- стоящей статьи. Этот метод основан на том, что отражение света от
* !!! — Прим. ред.
53
А.А.Майкельсон, Э.Морли, 1887 г.
поверхности во время движения отличается от обычных законов отражения.
Допустим ab (рис. 3.6 А) — это плоская волна, падающая на зеркало mn под углом в 45°. Если зеркало неподвижно, фронт вол- ны после отражения займет положение ас.
Теперь предположим, что зеркало движется в направлении, ко- торое составляет угол α со своей нормалью, со скоростью ω . Допустим, что V – это скорость света в эфире, который неподви- жен, a cd – это увеличение расстояния, которое свет должен прой- ти, чтобы достичь d. За это время зеркало прошло расстояние
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cd |
. Мы имеем |
cd |
= |
ω |
2 cos α |
, обозначим это через r, тогда |
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|||||||
|
2 cosα |
|
ad |
V |
|||||
ac = 1− r . ad
Для того чтобы найти новый фронт волны, начертим дугу fg c центром в точке b, и радиусом ad; касательная к этой дуге из d бу- дет фронтом новой волны, а перпендикуляр к касательной из b бу- дет новым направлением. Это направление будет отличаться от направления ba на угол θ , который и требуется определить.
|
Из равенства треугольников |
adb |
и edb следует, что θ = 2φ , |
||||||||||||||||||||||||
ab = ac , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1− tg |
θ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
o |
|
|
|
θ |
2 |
|
|
ac |
= 1− r , |
|
|
||||||||||
|
tgadb = tg |
45 |
|
|
− |
|
|
|
= |
|
|
|
= |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
θ |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+ tg |
|
|
|
ad |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или, пренебрегая членами порядка r3 , |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
r2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω 2 |
|
|
|
|
|
||||
|
θ = r + |
= |
|
|
|
|
2 ω cosα |
+ |
cos2 |
α . |
|
|
|||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
V 2 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Теперь пусть свет падает на параллельное зеркало, находящее- |
||||||||||||||||||||||||||
ся |
|
напротив |
|
|
|
первого, |
|
|
тогда |
мы |
должны |
получить |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
− 2ω cos α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
θ1 |
= |
+ |
ω |
cos2 α , |
|
|
|
и |
|
|
общее |
отклонение |
составит |
||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
θ +θ1 = 2ρ 2 cos2 α где |
ρ — угол аберрации, если рассматривать |
||||||||||||||||||||||||||
только орбитальное движение Земли. Максимальное смещение, полученное при вращении всего аппарата на 90°, составит
54