Файл: Ацюковский_Сборник_Эфирный_Ветер_2011_all.pdf

Р.Дж.Кеннеди, 1926 г.

чивающие свободное вращение, но не пропускающие воздух. По- сле того как зеркала были предварительно выставлены, крышка осторожно устанавливалась на место, герметизируя плиту, а затем пространство под крышкой заполнялось гелием.

Схематически расположение частей интерферометра показано на рис. 11.2. Луч практически плоско- параллельного однородного света плоско поляризуется так, что его электрический вектор лежит в плоскости рисунка, двигается впра- во и падает на зеркало M3 под уг- лом поляризации для данной длины волны. На верхней поверхности луч расщепляется с помощью тонкой платиновой пленки на две части примерно одинаковой интенсивно-

сти, одна пропускается к зеркалу M1, а вторая к M2. Оттуда они от- ражаются назад к M3, где складываются и пропускаются в теле- скоп, сфокусированный на M1 и M2.

Применением плоскополяризованного света достигаются две цели: первая та, что не интерферирующие лучи, показанные пунк- тирной линией, которые получались бы с естественным светом, полностью исключаются, и вторая та, что складывающиеся лучи могут быть отрегулированы так, чтобы улучшить интенсивность при различной относительной отражательной способности M1 и M2. Поскольку для верхнего луча существует на два перехода стекло– воздух больше, чем для нижнего, выровнять обе компоненты есте- ственного света таким путем невозможно.

Высокая чувствительность, необходимая из-за короткого пути света, обеспечена, главным образом, простым устройством для воз- вышения одной половины зеркала М2 над другой на малую долю длины волны света, разделяющая линия между двумя уровнями прямая и четкая настолько, насколько это возможно. Зеркало было выполнено путем покрытия части стеклянной плоской пластины плоским с резко очерченными краями микроскопическим покров- ным стеклом и применением дополнительного слоя платины, нане- сенного методом катодного напыления, после чего вся пластина давала полное отражение. Автору встречались предложения о при-

140

Глава 11. Усовершенствование эксперимента Майкельсона-Морли

менении такого разделенного зеркала в интерферометрии несколь- ко лет тому назад, но он не знает, кому эта идея принадлежит.

Теория приспособления следующая. Явление интерференции будет таким же, как если бы зеркало M2 было заменено его изобра- жением в M3. В условиях эксперимента, в котором пути почти рав- ны, M1 перпендикулярно лучу, падающему на него, и отраженные лучи переносят изображение почти параллельно, изображение M2 будет почти параллельно и совпадать с поверхностью M1. Элемен- тарная теория показывает, что результирующая интерференцион- ная картина будет практически совпадать с M1. Целесообразно до- полнить это рассуждение развитием общей теории интерференции на все отклонения зеркал; экспериментальное обеспечение близко- го параллелизма совершенно необходимо.

На рис. 11.3 показаны сильно увеличенные поперечное сечение M1 и изображение M2, нормальные к

их плоскостям и к разделяющей ли-

равном расстоянии на противопо- ложных сторонах от параллельной плоскости, находящейся на расстоя- нии х от M1. Предположим, что мо- нохроматическая волна, в которой смещение дано выражением

ξ= a cosω t + ε − x ,

c

если мы пренебрежем потерями несовершенного отражения. Сме- щение в плоскости M1 в волне, отраженной от верхней части M2 равно

141

Подобный же квадрат результирующего смещения в интерфе- рирующих лучах ниже разделяющей линии находится как

2a2 1+ cos 2ω (x + α ) cos2 ω (t − δ ).

c

Интенсивность, пропорциональная квадрату амплитуды, может быть представлена в виде

Для величин x = n4λ , где n — целое число,

I1 = ka2 (1± cos 4πα ),

λ

142

Глава 11. Усовершенствование эксперимента Майкельсона-Морли

знак «+» для четных значений n и «–» для нечетных значений. I2 , поэтому для этих усло-

вий I1 = I2 .

Следовательно, для наблюдателя поле зрения по обе стороны от разделяющей линии будет иметь равную интенсивность при

x = n4λ .

Теперь нам нужно определить минимальное изменение x , ко- торое произведет ощутимое различие в освещенности обеих сторон поля. Если x даст вариацию δ x пока α есть константа, то разни- ца интенсивности составит

δI = ∂I1 − ∂I2 δ x.

∂x ∂x

Далее

знак не имеет значения.

Распознаваемая вариация предопределена не только величиной δ I , но также и отношением δ I к полной интенсивности I1 или I2. В соответствии с законом Вебера–Фехнера, если δ I дана как

наименьшая ощутимая вариация интенсивности, приведенное вы- ше отношение почти постоянно для широкого диапазона интенсив- ности. При таком значении δ I,δ x получаем как наименьшее об-

наруживаемое изменение положения M 2 .

143

Р.Дж.Кеннеди, 1926 г.

Если мы первоначально имеем неизменное освещение, то из приведенных выше выражений получим

Если теперь δI и в самом деле постоянно, то для случая знака

I

« − », соответствующего темному освещению поля, мы должны иметь неопределенно возрастающую чувствительность по мере уменьшения фактора α . К несчастью, однако, I уменьшается с уменьшением α , а фехнеровская «константа» вскоре также быстро уменьшается. Тем не менее, условия освещения и контрастность здесь подобны тем, которые имеются в полутеневом полярископе, а

из теории инструмента Липпиха следует, что δ I примерно равна

I

8 10−3. Недостаточное совершенство плоскостей зеркал и неоди- наковость интенсивности интерферирующих лучей являются сле- дующим ограничивающим фактором; небольшое экспериментиро- вание показало, что α должно быть не меньшим, чем 0,025λ ,

что и было в конце концов применено. Подставляя эту величину в последнее выражение, мы получили δ x = 5 10−5 λ как наимень-

шее определяемое изменение в положении зеркал. Это соответст- вует изменению оптической длины пути

δ l = 2δx = 10−4 λ.

Чтобы наиболее полно использовать возможности приспособ- ления потребовались бы более совершенные зеркала и более ин- тенсивный и, следовательно, более горячий источник света, чем это было бы желательно вблизи чувствительного аппарата, так же как удлинение интервалов между наблюдениями, таким образом, до- пуская больше возможности проявить себя любым устойчивым температурным изменениям. Поэтому в эксперименте не нужно

снижать значение δ l более, чем до 2 10−3 λ; такие вариации об- наруживались без каких-либо сомнений.

144