ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.04.2024
Просмотров: 801
Скачиваний: 0
Глава 10. Значение экспериментов по обнаружению эфирного ветра
10. Д.К.Миллер. Значение экспери-
ментов по обнаружению эфирного вет- ра в 1925 г. на горе Маунт Вилсон
(Речь Президента американского физического общества, про- читанная в Канзас-Сити 29 декабря 1925 г.) 22
Significance of the ether-drift experiments of 1925 at Mount Wilson. Dayton C.Miller
Общее положение теории о том, что свет яв- ляется волновым движением в светопередающем эфире, приводит к необходимости определения основных свойств эфира, которые должны обес- печивать распространение волн света и объяс- нять другие оптические явления. Вначале пред- полагалось, что эфир заполняет все пространст- во, даже то, которое занято телами, и что он до- пускает движение всех тел сквозь него практиче-
ски совершенно свободно. Вопрос о том, увлекается ли эфир дви- жением Земли, обсуждался, начиная с первых дней волновой тео- рии. Теория эфира тесно связана с теориями структуры материи, и это находится в числе наиболее фундаментальных основ физиче- ской науки.
Открытие аберрации света в 1728 г. ранее объяснялось через принятую тогда корпускулярную теорию света. Эффект приписы- вался простому сложению скорости света со скоростью орбиталь- ного движения Земли. Другое объяснение, основанное на волновой теории, казалось столь же простым, как и первое, но оно оказалось не соответствующим обнаруженному позднее экспериментальному факту, заключающемуся в том, что аберрация не изменялась, если наблюдения производились телескопом, заполненным водой.
22 Address of the president of the American Physical Society, read at Kansas City, December 29, 1925. Миллер был секретарем, вице-президентом и (с
1925 г.) президентом этого общества – Прим. ред.
99
Д.К.Миллер, 1925 г.
Френель предложил теорию, в которой предполагалось, что, во- первых, эфир неподвижен в пустом пространстве и в непрозрачных телах, а, во-вторых, внутри движущихся прозрачных тел он дви-
жется со скоростью, в |
n2 |
−1 |
раз меньшей, чем скорость движения |
|
n |
2 |
|
||
|
|
|
тела (n — показатель преломления). Эти две гипотезы давали пол- ное и удовлетворительное объяснение аберрации; вторую предпо- лагалось проверить опытами Физо и Майкельсона–Морли по ско- рости света в движущихся средах; первая гипотеза о том, что эфир покоится в пространстве и в непрозрачных телах, всегда вызывала сомнение.
Некоторые физики пытались подтвердить существование ста- ционарного эфира прямыми экспериментами. Наиболее фундамен- тальная из этих попыток была сделана профессором А. А. Майкельсоном в 1881 г., она основана на идее, что эфир в це- лом неподвижен и что волны света распространяются в любом на- правлении с той же самой скоростью благодаря эфиру. Предпола- галось также, что Земля в своем орбитальном движении вокруг Солнца проходит свободно через этот эфир, как если бы он был абсолютно стационарным в пространстве. Эксперимент ориентиро- вался на обнаружение относительного движения между Землей и эфиром, это относительное движение часто рассматривалось как «эфирный ветер». Эксперимент основывался на том, что кажущая- ся скорость света будет различной в зависимости от того, движется ли наблюдатель вместе с Землей вдоль луча света или перпендику- лярно к нему. Скорость света равна 300000 км/с, а скорость Земли на ее орбите составляет 1/10000 часть этого, то есть 30 км/с. Ис- тинное движение Земли есть сумма орбитального движения, изме- няющегося по направлению и имеющего скорость 30 км/с, и рав- номерного движения Солнца вместе со всей Солнечной системой в неизвестном направлении и с неизвестной скоростью. Поэтому ис- тинное движение Земли относительно эфира остается неизвестным, оно может быть как меньше 30 км/с, так и гораздо больше.
Если допустить, что относительное движение Земли равно ее движению по орбите, и если бы оказалось возможным измерить прямое влияние этого движения на кажущуюся скорость света, то тогда скорость света, измеренная вдоль направления движения, должна отличаться от кажущейся скорости, измеренной под пря-
100
Глава 10. Значение экспериментов по обнаружению эфирного ветра
мым углом к этой линии, на 30 км/с или на 1/10.000. Это и есть то, что называлось «эффектом первого порядка», но, к несчастью, нет
|
метода для изме- |
|||||
|
рения скоростей в |
|||||
|
столь |
|
простых |
|||
|
условиях. |
|
|
|||
|
Все |
методы |
||||
|
требуют, |
чтобы |
||||
|
свет |
распростра- |
||||
|
нялся |
до |
отда- |
|||
|
ленной |
точки |
и |
|||
|
вернулся обратно |
|||||
|
в точку |
излуче- |
||||
|
ния |
и |
при |
этом |
||
|
положительное |
|||||
|
воздействие |
дви- |
||||
|
жения |
Земли |
на |
|||
|
луч, |
|
направлен- |
|||
|
ный вперед, ока- |
|||||
|
зывается |
нейтра- |
||||
|
лизованным нега- |
|||||
|
тивным |
эффек- |
||||
|
том |
|
в |
возвра- |
||
|
щающемся |
луче. |
||||
|
Однако показано, |
|||||
|
что для движуще- |
|||||
|
гося наблюдателя |
|||||
|
эта |
компенсация |
||||
Страница журнала Science за 30 апреля 1926 года с |
оказывается |
|
не |
|||
публикацией Д.Миллера. |
абсолютно |
пол- |
ной: кажущаяся скорость луча, уходящего и возвращающегося вдоль направления движения Земли, будет отличаться от кажущей- ся скорости луча, уходящего и возвращающегося в перпендикуляр- ном направлении, на величину, пропорциональную квадрату отно- шения скорости Земли к скорости света, то есть на (1/10.000) 2 или 1/100.000.000. Таким образом, единственный эффект, который мо- жет быть экспериментально обнаружен, есть ничтожный «эффект второго порядка».
101
Д.К.Миллер, 1925 г.
Замечательный инструмент, известный как «интерферометр», изобретенный профессором Майкельсоном, способен обнаружить это малое изменение скорости света, связанное с эфирным ветром. В этом эксперименте луч света расщепляется на два луча с помо- щью тонкой пленки серебра, которую называют «полупрозрачным зеркалом», серебряное покрытие достаточно тонкое и позволяет половине светового потока пройти через нее, в то время как другая половина отражается как обычно.
Эти два луча могут быть направлены во взаимно перпендику- лярных направлениях. На конце требуемого пути каждый луч от- ражается с помощью зеркал, так что оба луча возвращаются обрат- но и соединяются там, где они были расщеплены. Если оба отрезка пути оптически равны, то есть если количество волн в обоих путях одинаково, то соединившиеся лучи наложатся при совпадении фаз обеих волн. Если же, напротив, один из путей будет на половину волны длиннее другого, то волны соединяются в противофазе, так что «гребень» одной волны совпадает с «впадиной» другой. Эти и другие фазовые соотношения создают эффект, называемый «ин- терференционными полосами», наблюдение которых позволяет определить самые ничтожные изменения скорости света для двух путей.
В 1887 году в Кейсовской школе прикладных наук** в Кливлен- де проф. Майкельсон в содружестве с ныне покойным проф. Эд- вардом В.Морли из Западного резервного университета* проделал некоторые важные усовершенствования метода и приборов и ис- пользовал интерферометр для знаменитого теперь «эксперимента Майкельсона – Морли» с целью определить, оказывает ли движе- ние Земли в пространстве влияние на скорость света, предсказан- ный теорией. К несчастью мы не знаем, в каком абсолютном на- правлении движется Земля, и, следовательно, невозможно ориен- тировать интерферометр в этом направлении. Поэтому весь аппа- рат был смонтирован на основании, плавающем в ртути так, чтобы он мог быть повернут в горизонтальной плоскости на любой ази- мут, для определения направления ветра. Вращение Земли вокруг своей оси приводило к движению плоскости интерферометра так, как если бы эта плоскость была касательной к поверхности конуса
**Case School of Applied Science. Прим. ред.
*Western Reserve University. Прим. ред.
102