Файл: Ацюковский_Сборник_Эфирный_Ветер_2011_all.pdf

Д.К.Миллер. 1933 г.

(см. рис. 18.1), который был изготовлен Шмидтом и Ханшеном в Берлине. Полупрозрачное зеркало было помещено над центральной осью, а два плеча, образующие прямой угол, длиной каждое по 120 см несли на своих концах зеркала. Аппаратура была снабжена те- лескопическим плечом; наведение его в различные азимуты давало возможность определять эффект орбитального движения Земли, когда свет пропускается в направлении движения и под прямым углом к нему.

Первые попытки проведения экспериментов по эфирному ветру были предприняты в Физическом институте университета в Берли- не, но наводки от уличного движения делали невозможным наблю- дения полос, кроме как среди ночи. Эксперимент был перенесен в обсерваторию в Потсдам, интерферометр был смонтирован в пус- том внутреннем пространстве в нижней части кирпичного фунда- мента, поддерживающего большой телескоп. В отчете об экспери- менте, опубликованном в 1881 г.53 с уточненным объяснением в статье 1887 г.,54 установлено, что с учетом только орбитального движения Земли смещение интерференционных полос ожидалось 0,04 ширины полосы; реально же наблюдаемые смещения варьиро- вались от 0,004 до 0,015 ширины полосы и являются просто по- грешностью эксперимента. Было сделано заключение, что гипотеза стационарного эфира не подтвердилась.

Эксперименты Майкельсона–Морли, Кливленд, 1887 г

В 1881 г., когда он находился в Европе, Майкельсон был при- глашен в профессуру физики во вновь организованную Кейсов- скую школу прикладной науки в Кливленде и таким образом по- знакомился с покойным Эдвардом В.Морли, проф. химии в Запад- ном резервном университете; эти два института располагались на- против друг друга. Проф. Морли предложил некоторые важные усовершенствования интерферометра и методики его применения с тем, чтобы можно было адекватно измерять ожидавшийся тогда

53A.A.Michelson // Am.J.Scl. 1881. Vol.22. № 3. P.20.

54A.A.Michelson, E.W.Morley // Am J.Sci. 1887. Vol.34, N 3. P.333; Phil.Mag. 1884. Vol.24. № 5. P.449; J. de Physique 1886. Vol.7. № 2. P.444.

240

Глава 18. Эксперимент по эфирному ветру …

эффект в эксперименте по эфирному ветру. За счет ассигнований со стороны фонда Баха Национальной академии наук был сконст- руирован новый интерферометр, в который вошли эти усовершен- ствования; оптические части были сделаны покойным Джоном А.Браширом из Питсбурга (рис. 18.2).

Для того чтобы избежать возмущений от вибраций и деформа-

толщину 30 см. Чтобы получить необходимую чувствительность, эффективный световой путь был увеличен с помощью отражения света назад и вперед так, что он проходил диагональ квадратного камня восемь раз, давая эффект интерферометра с плечом около 1100 см длиной. Ожидаемое смещение полос, соответствующее скорости Земли на ее орбите, составляет 0,4 ширины полосы.

Майкельсон и Морли выполнили свой исторический экспери- мент в северо-западной комнате подвального этажа главного зда- ния Колледжа Адельберта в Кливленде в 1887 г.; их полная серия наблюдений имела продолжительность 6 ч, по одному часу в пол- день 8, 9 и 11 июля и по одному часу вечером 8, 9 и 12 июля и со- стояла из 36 оборотов интерферометра; считывания проводились на каждом из 16 равноотстоящих положений в каждом обороте. Методы наблюдения были ориентированы на то, чтобы найти предполагаемое движение Земли по направлению к известной точ- ке пространства с заданной скоростью, и поэтому не были сделаны главные серии наблюдений. Кратких серий наблюдений было дос- таточно, чтобы ясно показать, что полученный эффект не имеет ожидаемого значения. Однако, и это следует подчеркнуть, что по-

241

Д.К.Миллер. 1933 г.

лученный эффект не был нулевым; чувствительность аппарата была такая, что заключение, опубликованное в 1887 г. установило, что наблюдаемая относительная скорость Земли и эфира не пре- вышает 1/4 орбитальной скорости Земли. Это совершенно отлича- ется от нулевого результата, теперь так часто приписываемого это- му эксперименту авторами работ по теории относительности. Так- же совершенно необходимо обратить внимание на следующий ис- торический факт: Майкельсон и Морли провели только одну серию наблюдений, в июле 1887 г., и никогда не повторяли эксперимента по эфирному ветру в другое время, несмотря на множество проти- воположных печатных сообщений.

В первоначальной оцен- ке своего эксперимента Майкельсон и Морли при- вели реальные отсчеты по- ложений интерференцион- ных полос в шести сериях наблюдений. Верхняя длин- ная кривая на рис. 18.3 по- казывает среднее из трех серий отсчетов, сделанных в полдень, а нижняя длинная кривая – среднее для трех серий, сделанных вечером. Эти кривые показывают смещение полос для полно- го оборота интерферометра, в это время смешение полос в результате действия эфир- ного ветра было периодиче- ским в каждой половине оборота. Чтобы упомянутый

Рис. 18.3. Смещение интерференци- эффект, вторую половину онных полос в первоначальном экспери- длинной кривой суммирова-

менте Maйкельсона–Морли в 1887 г. По ли с первой половиной, чем оси абсцисс — угол поворота интерферо- погашались полнопериоди- метра, одно деление равно 1/16 оборота.

ческий эффект и все нечет- ные гармоники, показанные на короткой кривой, изображающей желаемый полупериодический эффект, вместе с высшими гармо-

242

Глава 18. Эксперимент по эфирному ветру …

Рис. 18.4. Скорость эфирного ветра, наблюденного Майкельсоном и Морли в 1887 г. и Морли и Миллером в 1902, 1904 и 1905 гг., в сравнении

со скоростью, полученной Миллером в 1925 г.

никами, которые также могут быть. Рассмотрение кривых ясно по- казывает, что они вовсе не дают нулевого значения; они не являют- ся результатом случайного разброса и дают продолжительный сис- тематический эффект.

Полнопериодические кривые были подвергнуты анализу с по- мощью механического гармонического анализатора, который опре- делил истинное значение полупериодического эффекта; он, будучи сопоставлен с соответствующей скоростью относительного движе- ния Земли и эфира, показал скорость 8,8 км/с для полуденных на- блюдений и 8,0 км/с для вечерних наблюдений. На рис. 18.4 плав- ная кривая показывает значения скорости эфирного ветра в течение суток для широты Кливленда, которые определены детально для дрейфа и которые описаны ниже в настоящей статье по данным наблюдений, сделанных на Маунт Вилсон. Два кружка на этом графике соответствуют скорости дрейфа, реально полученной Майкельсоном и Морли для полуденных и вечерних наблюдений, и показавших полное соответствие с результатами более поздней ра- боты, описанной здесь.

243

Д.К.Миллер. 1933 г.

Тот факт, что результат, полученный Майкельсоном и Морли, не был пренебрежимо мал, был очень полно установлен ранее про- фессором Хиксом из Университетского колледжа Шеффилда в 1902 г. в его важном теоретическом исследовании первоначального эксперимента 55. Хикс также обратил внимание на присутствие полнопериодического эффекта первого порядка, который никогда не был исследован в достаточной степени; этот эффект первого по- рядка будет обсужден ниже.

Гипотеза Лоренца–Фицжеральда

Эксперимент Майкельсона–Морли, который показал, что тео- рия эфира была или неполной, или неправильной, привлек широко внимание мира, потому что он имел фундаментальный характер, а также потому, что результат оказался совершенно неожиданным. Проф. Фицжеральд из Дублина в 1891 г. выдвинул объяснение ма- лого эффекта на основе гипотезы о том, что силы, связывающие молекулы в твердом теле, могут изменяться при движении тела сквозь эфир и таким образом, что размеры каменного основания интерферометра должны укорачиваться в направлении движения и это сокращение может быть таким, что оно нейтрализует оптиче- ский эффект, отыскиваемый в эксперименте Майкельсона – Морли. Фицжеральд не опубликовал своей теории в научных журналах, но он изложил ее в своих лекциях. Эта теория была представлена к публикации сэром Оливером Лоджем в его речи «Проблемы абер- рации и новые эфирные эксперименты», представленной 31 марта 1892 г. в Королевское общество, эта речь была опубликована в

Philosophical Transactions в 1893 г. 56. Лодж изложил дополнитель-

ные детали этой гипотезы в своей недавно изданной автобиографии 57. В 1895 г. проф. Лоренц из Лейдена развил теорию, придав ей

55W.M.Hicks // Phil. Mag. 1902. Vol. 3. № 6, 9. P.256; Nature 1902. Vol.65. P.343; E.W.Morley, D.C.Miller // Phil. Mag. 1905. Vol. 9. № 6. P.669; A.Righy // Comptes Rendus 1919. Vol. 168. P.837; 1920. Vol. 170. № 497. P. 1550; 1920. Vol. 171. P.22; E.R.Hedrick // Astrophys.J. 1928. Vol.68. P.374.

56G.F.Fitzgerald, see О.J.Lodge. Aberration Problems // Phil. Trans. Roy. Soc. 1894. Vol.184. P.749.

57Sir Oliver Lodge. Past Yeares. 1932. P.204.

244