Файл: Ацюковский_Сборник_Эфирный_Ветер_2011_all.pdf

Д.К.Миллер, 1925 г.

9. Д.К.Миллер. Эфирный ветер.

Доклад, прочитанный в Вашингтонской академии наук (1925)

Дейтон Кларенс Миллер, Кейсовская Школа прикладных наук

Significance of the ether-drift experiments of 1925 at Mount Wilson. Dayton C.Miller

существование эфира прямым экспериментом. Наиболее важный из проектов подобных опытов предложен А.А.Майкельсоном в 1881 г. и основан на представлении о том, что эфир как целое находится в покое и что световые волны распространяются в свободном эфире во всех направлениях и всегда с одной и той же скоростью по от- ношению к эфиру. Допускалось также, что Земля при своем дви- жении вокруг Солнца свободно проходит сквозь эфир, причем по- следний остается совершенно неподвижным в пространстве. Опыт, предложенный Майкельсоном, должен был открыть относительное движение Земли и эфира, которое часто называют «эфирным вет-

ром» (ether drift).

Этот опыт основан на том предположении, что кажущаяся скорость света изменяется в зависимости от того, перемещается ли наблюдатель вместе с Землей по линии распространения света или

84

Эфирный ветер. Доклад в Вашингтонской академии наук

перпендикулярно этой линии. Скорость света равняется 300000 км/с, а скорость Земли составляет одну десятитысячную скорости света и равна 30 км/с. Если орбитальная скорость Земли в данном случае действует непосредственно, то обе кажущиеся скорости должны различаться на 30 км/с или на одну десятитысячную. Од- нако не существует методов измерения скорости света при таких простых условиях. Во всех методах необходимо, чтобы луч света проходил до удаленной точки и возвращался обратно в исходную точку, причем положительный эффект движения Земли, сказы- вающийся на луче, идущем вперед, должен был нейтрализоваться на луче, идущем обратно. Однако для движущегося наблюдателя было показано, что нейтрализация не будет полной, кажущаяся скорость луча, идущего в ту и другую сторону по направлению движения Земли, должна отличаться от кажущейся скорости луча, идущего перпендикулярно в ту или другую сторону, в том же на- правлении, что и квадрат скорости Земли к квадрату скорости све-

та, т.е. (0,0001)2 или 0,00000001.

Ничтожные разности скоростей, обусловленные эфирным вет- ром, можно обнаружить замечательным инструментом, так назы- ваемым интерферометром, придуманным Майкельсоном. В этом приборе пучок света расщепляется на два при помощи так назы- ваемого «полупосеребренного» зеркала, в котором слой серебра настолько тонок, что приблизительно половина пучка проходит сквозь него, а остальная половина отражается обычным способом. Таким образом, эти два пучка проходят в направлении, перпенди- кулярном друг к другу. На конце пути каждого из этих пучков име- ется по зеркалу, от которых они отражаются и возвращаются в ис- ходную точку. Если пути обоих пучков равны, т.е. если на них ук- ладывается одно и то же число световых волн, то, воссоединяясь, они находятся в одинаковых фазах. Если же один путь длиннее другого на полволны, то волны соединяются в противоположных фазах, так что вершина одной из них совпадает с углублением дру- гой. В результате получаются так называемые «интерференцион- ные полосы», наблюдение которых позволяет открыть незначи- тельные изменения в скорости света на том и другом пути.

В 1887 г. Майкельсон в сотрудничестве с Эдвардом В.Морли существенно улучшил метод и приборы и использовал интерферо- метр с целью открыть, производит ли движение Земли в эфире предсказываемые теорией влияния. К сожалению, мы не знаем, в

85

Д.К.Миллер, 1925 г.

каком абсолютном направлении движется Земля в пространстве, и поэтому невозможно установить интерферометр точно в этом на- правлении. Поэтому весь аппарат был установлен на фундаменте, который плавал в ртути, так что прибор можно было поворачивать во всех азимутах горизонтальной плоскости наблюдений. Враще- ние Земли около оси заставляет плоскость интерферометра дви- гаться по поверхности конуса, осью которого служит ось Земли, и таким образом придает прибору различную ориентировку. Наблю- дению же доступна только та компонента действительного «эфир- ного ветра», которая лежит в горизонтальной плоскости интерфе- рометра. Поэтому кажущийся азимут и величина эфирного ветра должны изменяться в зависимости от времени наблюдения. Ветер, перпендикулярный к плоскости интерферометра, не должен вооб- ще вызывать эффекта, вполне возможно, что такие условия осуще- ствляются в известные времена года.

Я не могу сейчас излагать детали деталей этого эксперимента. Наблюдения состояли в рассматривании при помощи телескопа системы интерференционных полос, образованных двумя пучками света. При вращении интерферометра вокруг оси эфирный ветер должен вызывать колебания всей системы полос, которые движут- ся сначала в одну сторону, потом в другую, причем так, что период этого колебания составляет половину времени обращения интер- ферометра вокруг его вертикальной оси. Для относительной скоро- сти движения Земли и эфира, равной орбитальной скорости Земли, т.е. 30 км/с, смещение в первоначальном опыте Майкельсона и Морли должно было составлять 0,4 полосы.

В ноябре 1887 г. Майкельсон и Морли опубликовали заключе- ния, выведенные из наблюдений, сделанных в июле этого года. Эти заключения они сформулировали следующим образом:

«... если учитывать только движение Земли по ее орбите..., то наблюдение показывает, что относительное движение Земли и эфира, вероятно, меньше одной шестой орбитальной скорости

Земли и, наверное, меньше одной четверти ее»

(т.е. меньше 7,5 км/с). Этот результат, который был истолкован многими как нулевой результат, или, как часто говорят, отрица- тельный результат, возбудил у многих серьезные сомнения в спра- ведливости гипотезы светового эфира. Однако в отчете Майкель- сона и Морли имеется важное «добавление», которое начинается следующим замечанием:

86

Эфирный ветер. Доклад в Вашингтонской академии наук

«... но не представляется невозможным, что даже на уме- ренной высоте над уровнем моря, например, на вершине отдель- но стоящей горы, относительное движение может быть ощу-

тимым для аппарата, подобного использованному в наших опы- тах».

На международном конгрессе физиков в Париже в 1900 году лорд Кельвин произнес речь, в которой он рассматривал теорию эфира. Он заметил, что «единственное облако на ясном небосклоне

теории есть нулевой результат опытов Майкельсона и Морли».

Морли и автор присутствовали на конгрессе, и при разговоре на конгрессе последний выразил уверенность, что опыт будет повто- рен с более чувствительными приборами. Автор в сотрудничестве с Морли построил интерферометр, приблизительно в 4 раза более чувствительный, чем прибор, использованный в первом опыте, причем длина пути в последнем приборе составляла 250 футов, и на ней укладывалось приблизительно 150.000.000 волн. В этом приборе относительная скорость Земли должна сказываться в сме- щении интерференционных полос на 1,5 полосы. Именно такой прибор и употреблялся все время с тех пор. Оптические части его были совершенно новые, и вообще из первоначальной аппаратуры не было использовано ничего, за исключением резервуара с ртутью и деревянного поплавка.

Подобный прибор с фундаментом, сделанным из деревянных брусьев, употреблялся в 1902 и 1903 гг., но изменения в деревян- ной раме вследствие вариации влажности и температуры делали точные измерения невозможными. Инженер проф. Нэф сконструи- ровал новую опорную раму, отличающуюся жесткостью и симмет- рией. Эта рама, или фундамент, была построена из стали и уста- новлена в подвальном помещении физической лаборатории Школы прикладных знаний в Кливленде; наблюдения с ней производились в 1904–1905 гг. Результаты этих наблюдений опубликованы в Philosophical Magazine зимой 1905 г. Эти результаты были сформу- лированы следующим образом:

...« Поэтому мы можем утверждать, что эфир вблизи аппа- рата не двигается вместе с ним; разность скоростей меньше 3,5 км/с, если только дефекты постановки опыта не аннулируют влияние увлечения. Некоторые думают, что этот опыт показыва- ет только, что эфир в некоторых подвальных помещениях не дви- гается вместе с ними. Мы хотим поэтому расположить аппарат

87

Д.К.Миллер, 1925 г.

на вершине, чтобы посмотреть, не может ли быть там обнару-

жен эффект».

Именно в это время вопросом заинтересовался Эйнштейн, ко- торый опубликовал в 1905 г. работу под названием «Электродина- мика движущихся тел». Эта работа была первой в длинном ряду статей Эйнштейна и других, которые развили современную теорию относительности. В упомянутой первой работе Эйнштейн выстав- ляет принцип постоянства скорости света, утверждая, что для на- блюдателя на движущейся Земле измеренная скорость света долж- на быть постоянна, независимо от направления и скорости движе- ния Земли. Главным физическим фундаментом теории относитель- ности является допущение, что опыты с эфирным ветром дали оп-

ределенный результат. Однако истолкование этого опыта для автора было неприемлемо (курсив мой — В.А.), и для разрешения вопроса были предприняты дальнейшие наблюдения.

Осенью 1905 г. Морли и Миллер перенесли интерферометр из подвального помещения лаборатории на Евклидовы высоты близ Кливленда, на высоту приблизительно 300 футов над озером Эри, в место, свободное от всяких преград и построек. Было проделано пять серий наблюдений (1905–1906 гг.), которые дали определен- ный положительный эффект, равный приблизительно 1/10 ожидае- мого ветра. Существовало подозрение, что это могло быть вызвано влиянием температуры, однако прямых указаний на это не было. Предполагалось проверить это подозрение после летних отпусков. Но интерферометр был установлен на земле, принадлежащей на- шему другу, в течение нашего отсутствия летом земля была прода- на, и новый владелец потребовал, чтобы интерферометр немедлен- но был убран.

Проф. Морли отстранился от активной работы в 1906 г., и про- должение экспериментов перешло в руки автора этих строк. Пред- ставлялось желательным, чтобы дальнейшие наблюдения были проведены на большой высоте, но многочисленные препятствия мешали продолжению работы. Опубликование результатов наблю- дений солнечного затмения в 1919 г., которое было истолковано как подтверждение теории относительности, вновь пробудило ин- терес к опытам с эфирным ветром. Щедрый друг ассигновал доста- точные материальные средства для покрытия значительных издер- жек, связанных с повторением опытов. Обсерватория на Маунт Вилсон вблизи Пасадены в Калифорнии на высоте 6000 футов

88