ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.04.2024
Просмотров: 775
Скачиваний: 0
А.А.Майкельсон, 1881 г.
Если же теперь аппа- рат будет повернут на угол 90° таким образом, что второй луч пройдет в направлении движения Земли, то его траектория увеличится на 4/100 дли- ны волны. Общее же из- менение в положении ин- терференционных полос составит 8/100 расстояния между полосами, величи- ну, легко измеряемую.
Условия для создания интерференции двух лу- чей света, пересекающих- ся под прямым уг- лом друг к другу, были созданы сле- дующим простым образом.
Свет от лампы а (рис. 2.1) пропус- кался через плоскую параллельную стек- лянную пластину b, частично проходя к зеркалу c, а частич- но отражаясь к зер- калу d. Зеркала c и d были выполнены из плоского стекла и посеребрены на пе- редней поверхности. От них свет отра-
Рис. 2.1. Схема интерферометра Май- кельсона
Рис. 2.2. Интерферометр: вид в плане
реме Пифагора) дает результат 6,185 ч с теми же условиями примера. —
Прим. ред.
32
Глава 2. Относительное движение Земли и светоносный эфир
жался к b, где одна часть отражалась, а другая преломлялась, и оба совпадали вдоль участка be.
Расстояние bc выполнено равным bd, а пластина из стекла g ус- тановлена на пути луча bc с тем, чтобы скомпенсировать толщину стекла b, которое пересекается лучом bd; два луча проходят по рав- ным траекториям, и они в состоянии интерферировать.
На рис. 2.2 прибор изображен в плане, а на рис. 2.3 в перспек- тиве. Обозначения на одном рисунке соответствуют обозначениям на другом.
Рис. 2.3. Интерферометр: вид в перспективе
Источник света — маленький фонарь, снабженный линзой, с пламенем, находящимся в фокусе, помещен в a; b и g — это два плоских стекла, вырезанных из одной пластины; d и с — посереб- ренные стеклянные зеркала; m – микрометрический винт, который двигает пластину b в направлении bc. Телескоп е для наблюдения интерференционных полос снабжен микрометрическим окуляром, w — противовес.
В экспериментах плечи bd и bc были снабжены длинными бу- мажными покрытиями, не показанными на рисунке, для защиты от изменений температуры. Они поддерживались с внешних концов штырями k, l, а с другой стороны — круглой пластинкой о. Регули- ровка проводилась следующим образом.
Зеркала с и d насколько возможно продвигались к пластине b и с помощью винта m выравнивались в пределах двух диапазонов расстояния между точкой на поверхности в и двумя зеркалами. За- жигалась лампа, делалось небольшое отверстие в экране, разме- щенном перед ней, которое и служило источником света; пластина b, которую можно регулировать в двух плоскостях, двигалась во-
33
А.А.Майкельсон, 1881 г.
круг, пока два изображения точки света, которые отражались зеркалами, не совпадали. Затем фонарь с пламенем натрия разме- щался в a, и создавались интерференционные полосы. Полосы мог- ли меняться по ширине, положению и направлению небольшим перемещением пластины b, и когда достигалась удобная ширина и максимальная четкость, натриевое пламя устранялось, и его опять заменяла лампа. Винт m затем медленно поворачивался до тех пор, пока вновь не появлялись полосы. Они были, разумеется, цветны- ми, кроме центральной полосы, которая была почти черной. Теле- скоп для наблюдения должен быть сфокусирован на поверхности зеркала d, где полосы были наиболее четкими. Весь аппарат, вклю- чая лампу и телескоп, мог вращаться вокруг вертикальной оси.
Этот аппарат очень легко может служить в качестве интерфе- рометра, он имеет два важных достоинства — малую стоимость и широкое разделение двух пучков света.
Аппарат, который был описан выше, был сконструирован Шмидтом и Хеншем из Берлина. Он был размещен на каменном основании в Физическом институте в Берлине. Первое же наблю- дение показало, однако, что из-за исключительной чувствительно- сти прибора к вибрациям работа не может выполняться в течение всего дня. Тогда эксперименты попробовали проводить ночью. Ко- гда зеркала были установлены на середине плеч, полосы стали ви- димыми, но их положение не могло быть измерено до 12 часов но- чи, а далее — только в некоторые интервалы времени. Когда же зеркала были сдвинуты к концам плеч, полосы были видны лишь эпизодически.
Таким образом, выяснилось, что эксперименты не могут быть выполнены в Берлине, и аппарат был перемещен в Астрофизиче- скую обсерваторию в Потсдам. Но даже здесь обычные каменные опоры не удовлетворяли требованиям, и аппарат опять был пере- мещен, на этот раз в подвал, круглые стены которого служили ос- нованием для опоры экваториала (стационарного телескопа — В.
А.).
Здесь, в обычных условиях полосы были достаточно спокой- ными для измерения, но прибор был настолько чувствителен, что даже шаги на тротуаре в ста метрах от обсерватории были причи- ной полного исчезновения полос!
34
Глава 2. Относительное движение Земли и светоносный эфир
Если такое произошло с прибором, обладавшим небольшой чувствительностью, то что же мы можем ожидать от прибора, ко- торый должен иметь такую чувствительность, какую только воз- можно!
В это время года, в начале апреля, движение Земли по своей орбите приблизительно совпадает по долготе с вычисленным на- правлением движения Солнечной системы, а именно – с направле-
нием к созвездию Геркулеса. |
|
||
Направление |
этого движения |
|
|
расположено |
примерно под |
|
|
углом +26° к плоскости эква- |
|
||
тора, и в это же время года ка- |
|
||
сательная движения Земли по |
|
||
ее орбите составляет угол – |
|
||
23,5° с плоскостью экватора; |
|
||
таким образом, результирую- |
|
||
щая составит 25° к экватору. |
|
||
Чем ближе две состав- |
|
||
ляющие по величине друг к |
|
||
другу, тем в большей степени |
|
||
их результирующая совпадает |
|
||
с плоскостью экватора. |
Созвездие Геркулеса и солнечный |
||
В этом случае, если аппа- |
|||
апекс http://bit.ly/gdAJS2 |
рат расположен так, что в пол- день плечи повернуты соответственно на север и восток, то плечо,
указывающее на восток, совпадает с результирующим движением, а другое плечо окажется под прямым углом. Таким образом, если в это время аппарат будет повернут на угол в 90°, то смещение полос будет в 2 раза больше, чем 0,08, то есть 0,16 расстояния между по- лосами.
Если, с другой стороны, собственное движение Солнца мало по сравнению с движением Земли, то смещение составит 0,6 от 0,08, то есть 0,048. Беря среднее значение этих двух чисел как наиболее вероятное, мы можем считать, что смещение, которое мы ожидаем, составит примерно 0,1 расстояния между полосами.
Основная трудность, которая пугала нас при этих эксперимен- тах, была связана с разницей температур двух плеч прибора. Они сделаны из латуни, коэффициент расширения которой составляет 0,000019, и имеют длину 1000 мм или 1 700 000 длин волны; если
35
А.А.Майкельсон, 1881 г.
одно плечо будет иметь температуру на 0,01° больше, чем другое, то полосы будут испытывать смещение в 3 раза большее, чем было бы получено при вращении прибора. С другой стороны, изменения температуры не зависят от направления плеч, и, если эти измене- ния не слишком велики, их влиянием можно пренебречь.
Однако оказалось, что смещение полос за счет изгиба плеч во время вращения было столь значительным, что прибор пришлось вернуть изготовителю с инструкцией сделать его вращение как можно более легким. Из таблиц будет видно, что, несмотря на эту меру предосторожности, было обнаружено значительное смещение в одном направлении. То, что это происходило исключительно бла- годаря опорам, было доказано путем поворота последних на 90°, когда направление, в котором появилось смещение, тоже менялось на 90°.
Вследствие чувствительности прибора к вибрациям микромет- рический винт наблюдательного телескопа не мог быть использо- ван, и линейная шкала на стекле была заменена. Расстояние между полосами покрывало три деления шкалы, а положение центра тем- ной полосы составляло до четвертой доли деления, так что отдель- ные измерения были точны в пределах 1/12 полосы.
Часто происходило так, что от незначительной причины (среди прочих причин — потрескивание жестяного фонаря при нагрева- нии) полосы внезапно меняли свое положение, в этом случае серия наблюдений браковалась и начиналась новая серия.
При регулировке перед третьей серией наблюдений направле- ние, в котором смещались полосы при движении стеклянной пла- стины b, было изменено на противоположное, так что смещение в третьей и четвертой сериях должно браться с противоположным знаком.
Вконце каждой серии опора поворачивалась на 90°, и оси тща- тельно регулировались по вертикали с помощью опорных винтов и спиртового уровня.
Взаголовках табличных колонок даны направления, в которых устанавливался телескоп. Колонка начальных смещений (относи- тельно которых проводились отсчеты) обозначена знаком х, а в вы- числениях два соседних значения усреднены. Числа в колонках — это положение центра темной полосы в двенадцатых долях от рас- стояния между полосами.
36
Глава 2. Относительное движение Земли и светоносный эфир
|
№ обо- |
N |
|
N–E |
E |
|
SE |
|
S |
S–W |
|
W |
N–W |
|
Примеча- |
|
рота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние |
1 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
-8.0 |
-1.0 |
-1.0 |
-2.0 |
-3.0 |
|
Серия 1, |
|||||
2 |
16.0 |
16.0 |
16.0 |
9.0 |
16.0 |
16.0 |
15.0 |
13.0 |
|
опорный |
|||||
3 |
17.0 |
17.0 |
17.0 |
10.0 |
17.0 |
16.0 |
16.0 |
17.0 |
|
винт, обо- |
|||||
|
значенный |
||||||||||||||
4 |
15.0 |
15.0 |
15.0 |
8.0 |
14.5 |
14.5 |
14.5 |
14.0 |
|
||||||
|
в, повернут |
||||||||||||||
5 |
13.5 |
13.5 |
13.5 |
5.0 |
12.0 |
13.0 |
13.0 |
13.0 |
|
на восток. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
61.5 |
61.5 |
61.5 |
|
X |
58.5 |
58.5 |
56.5 |
54.0 |
|
|
|||
|
S. |
58.5. |
|
W. |
56.5 |
|
|
N.E. |
61.5 |
|
S.E. |
60.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120.0 |
|
|
118.0 |
|
|
|
|
120.0 |
|
|
114.0 |
|
|
|
|
118.0 |
|
|
|
|
|
|
114.0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Превы- |
+2.0 |
|
|
|
|
|
|
|
+6.0 |
|
|
|
|
|
|
шение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
10.0 |
11.0 |
12.0 |
13.0 |
13.0 |
0.0 |
14.0 |
15.0 |
|
|
|||||
2 |
16.0 |
16.0 |
16.0 |
17.0 |
17.0 |
2.0 |
17.0 |
17.0 |
|
Серия 2, в |
|||||
3 |
17.5 |
17.5 |
17.5 |
17.5 |
17.5 |
4.0 |
18.0 |
17.5 |
|
повернут |
|||||
4 |
17.5 |
17.5 |
17.0 |
17.0 |
17.0 |
4.0 |
17.0 |
17.0 |
|
на юг. |
|||||
5 |
17.0 |
17.0 |
17.0 |
17.0 |
16.0 |
3.0 |
16.0 |
16.0 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
78.0 |
79.0 |
79.5 |
81.5 |
80.5 |
X |
82.0 |
82.5 |
|
|
||||
|
S. |
80.5. |
|
W. |
82.0 |
|
N.E. |
79.0 |
|
S.E. |
81.5 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
158.5 |
|
|
161.5 |
|
|
|
|
160.0 |
|
|
164.0 |
|
|
|
|
161.5 |
|
|
|
|
|
|
164.0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Превы- |
-3.0 |
|
|
|
|
|
|
|
-4.0 |
|
|
|
|
|
|
шение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
2.5 |
2.5 |
2.5 |
10.0 |
|
|
|||||
2 |
18.0 |
17.5 |
17.5 |
18.0 |
18.5 |
19.0 |
19.5 |
26.0 |
|
Серия 3, в |
|||||
3 |
11.0 |
11.0 |
13.0 |
12.0 |
13.0 |
13.5 |
13.5 |
21.0 |
|
повернут |
|||||
4 |
1.0 |
0.0 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.0 |
0.0 |
14.0 |
|
на запад. |
|||||
5 |
4.0 |
4.0 |
5.0 |
5.0 |
5.0 |
5.5 |
5.5 |
16.0 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
37.0 |
35.5 |
39.0 |
38.5 |
39.5 |
40.5 |
71.0 |
X |
|
|
||||
|
S. |
39.5. |
|
W. |
41.0 |
|
N.E. |
35.5 |
|
S.E. |
38.5 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
76.5 |
|
|
80.0 |
|
|
|
|
76.0 |
|
|
79.5 |
|
|
|
|
|
|
|
76.5 |
|
|
|
|
|
|
|
76.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Превы- |
|
|
|
+3.5 |
|
|
|
|
|
|
|
+3.5 |
|
|
|
шение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
14.0 |
21.0 |
15.5 |
17.0 |
14.0 |
14.5 |
14.5 |
16.0 |
|
|
|||||
2 |
10.0 |
20.0 |
12.0 |
12.0 |
13.0 |
13.0 |
13.0 |
13.5 |
|
Серия 4, в |
|||||
3 |
14.0 |
25.0 |
15.0 |
16.0 |
16.0 |
16.0 |
16.0 |
17.0 |
|
повернут |
|||||
4 |
18.0 |
27.0 |
18.5 |
18.5 |
18.5 |
19.0 |
20.0 |
21.0 |
|
на север. |
|||||
5 |
15.0 |
24.0 |
15.0 |
15.0 |
15.0 |
16.0 |
16.0 |
16.5 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
71.0 |
|
X |
76.0 |
78.5 |
76.5 |
78.5 |
79.5 |
84.0 |
|
|
|||
|
S. |
76.5 |
|
W. |
79.5 |
|
N.E. |
73.5 |
|
S.E. |
78.5 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
147.5 |
|
|
155.5 |
|
|
|
|
152.0 |
|
|
162.5 |
|
|
|
|
|
|
|
147.5 |
|
|
|
|
|
|
|
152.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Превы- |
|
|
|
+8.0 |
|
|
|
|
|
|
|
+10.5 |
|
|
|
шение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
37