ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.04.2024
Просмотров: 780
Скачиваний: 0
А.А.Майкельсон, 1881 г.
В первых двух сериях, когда суммы в колонках N и S превы- шают суммы колонок Е и W, превышение считается положитель- ным. Если суммы колонок N–E и S–W превышают суммы колонок N–W и S–E, то это превышение тоже считается положительным.
Числа, отмеченные как «превышение» (эксцесс) являются сум- мами десяти наблюдений. Деля их на 10, чтобы получить средние значения, а затем на 12 (поскольку числа соответствуют двенадца- тым долям расстояния между полосами), получим
|
Серия |
|
N–S |
|
N–E, |
|
|
|
S–W |
||
|
|
|
|
|
|
1 |
+0,017 |
+0,050 |
|||
2 |
-0,025 |
-0,033 |
|||
3 |
+0,030 |
+0,030 |
|||
|
|
|
|||
4 |
+0,067 |
+0,087 |
|||
|
|
0,089/4 |
0,137/4 |
||
|
Среднее |
+0,022 |
+0,034 |
||
|
|
|
|
|
|
Таким образом, смещение составит:
• |
Для колонки N–S |
+0,022 |
• |
Для колонки N–E, S–W |
+0,034 |
|
Первое число слишком |
мало, |
чтобы его можно было рассматри- вать как характерное для смещения, вызванного простым изменением направления, а последнее должно
быть равно нулю.
Эти числа — просто погрешности эксперимента. В самом деле, это должно быть видно из итоговых цифр колонок, поскольку чис- ла возрастают (или уменьшаются) с большей или меньшей регу- лярностью слева направо.
Это постепенное изменение ни в коем случае не должно влиять на периодическое изменение, которое мы ищем и которое само бу- дет исключать эту погрешность просто потому, что сумма цифр двух колонок, находящихся слева, должна быть меньше (или боль- ше) суммы цифр колонок справа.
Это достаточно подтверждается тем, что там, где превышение положительно (отрицательно) для колонок N, S, оно также положи- тельно (отрицательно) и для N–E, S–W. Если, следовательно, мы сможем исключить это постепенное изменение, то можно ожидать значительное уменьшение погрешности. Это достигается следую- щим образом.
Складывая вместе все суммы четырех серий, причем третьей и четвертой – со знаком «–», получим:
N |
N–E |
E |
S–E |
S |
S–W |
W |
N–W |
31,5 |
31,5 |
26,0 |
24,5 |
23,0 |
20,8 |
18,0 |
11,0 |
38
Глава 2. Относительное движение Земли и светоносный эфир
разделив на 20×12 для определения средних значений в масштабе расстояний между полосами, получим:
N |
N–E |
E |
S–E |
S |
S–W |
W |
N–W |
0,131 |
0,131 |
0,108 |
0,102 |
0,096 |
0,086 |
0,075 |
0,046 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Если x — это номер колонки, отсчитанный справа, а y —
соответствующая сумма, то метод наименьших квадратов даст уравнение прямой линии, проходящей наиболее близко к точ- кам x, y :
y = 9,25x + 64,5
Если теперь мы построим кривую с ординатами, равными раз- ности значений y, найденных из уравнения, и действительного зна- чения y, то она и будет представлять наблюдаемое смещение без погрешностей, о которых идет речь. Эти ординаты следующие:
|
N |
N–E |
E |
S–E |
S |
S–W |
W |
N–W |
|
-0,002 |
-0,011 |
-0,003 |
-0,001 |
-0,004 |
-0,003 |
-0,001 |
+0,018 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
-0,002 |
E |
+0,003 |
N–E |
-0,011 |
N–W |
+0,018 |
|
S |
-0,004 |
W |
-0,001 |
S–W |
-0,003 |
S–E |
-0,001 |
|
Сред- |
-0,003 |
|
+0,001 |
|
-0,007 |
|
+0,008 |
|
нее |
+0,001 |
|
|
+0,008 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
Првы- |
-0,004 |
|
|
|
-0,015 |
|
|
|
шение |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Небольшие смещения −0,004 и −0,015 — это просто погрешно- сти эксперимента.
Рис. 2.4. Кривая, полученная Майкельсоном в результате обработки от- счетов интерферометра (сплошная линия) и теоретическая кривая (пунктир- ная линия). По оси абсцисс — угол поворота интерферометра, двум периодам теоретической кривой соответствует один оборот; по оси ординат — смеще- ние интерференционных полос в долях расстояния между осями соседних полос
39
А.А.Майкельсон, 1881 г.
Полученные результаты, однако, более четко показаны при по- строении реальной кривой вместе с кривой, которая должна быть построена, если теория верна. Это показано на рис. 2.4.
Пунктирная кривая изображена, исходя из предположения, что ожидаемое смещение составляет 1/10 расстояния между интерфе- ренционными полосами, но если это смещение составит лишь 1/100, то ломаная линия будет еще ближе к прямой линии.
Эти результаты можно интерпретировать как отсутствие сме- щения интерференционных полос. Результат гипотезы стационар- ного эфира, таким образом, оказывается неверным, откуда следует вывод, что эта гипотеза ошибочна.
Этот вывод прямо противоречит объяснению явления аберра- ции, которое везде используется и которое предполагает, что Земля движется сквозь эфир, а последний остается в покое.
Будет не лишним привести отрывок из статьи, опубликованной Стоксом в 1846 году в журнале «Philosophical Magazine»:
«Все эти результаты непосредственно следуют из теории аберрации, которую я предложил в июльском номере этого жур- нала; при сравнении с экспериментом я не смог получить какого либо результата, который отличался бы от того, который мы получаем из принятой теории. Это любопытный случай, когда две совершенно различные теории идут параллельно друг другу при объяснении явления. Я не думаю, что многие будут склонны под- держивать теорию Френеля, когда станет очевидным, что без нее можно обойтись, так как мы не будем склонны поверить без явного подтверждения, что эфир движется свободно через твер- дую массу Земли. Было бы неплохо, если бы появилась возмож- ность проверить обе теории с помощью убедительного экспери-
мента».
В заключение я пользуюсь случаем поблагодарить господина А. Г. Белла, обеспечившего средствами проведение этой работы, и профессора Фогеля, директора Астрофизической обсерватории, за его любезность в предоставлении ресурсов его лаборатории в мое распоряжение.
The American Journal of Science. 1881. III series. Vol XXII, No. 128. P. 120—129. http://bit.ly/eHdkTh
40
Глава 3. Об относительном движении Земли и светоносного эфира
3. А.Майкельсон, Э.Морли. Об отно-
сительном движении Земли и свето- носного эфира (1887)
Альберт А.Майкельсон, Эдвард В.Морли
On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether; by Albert A.Michelson, Edward W.Morley 15
А.Майкельсон |
Э.Морли |
(1852–1931) |
(1839–1923) |
За открытием аберрации света вскоре последовало ее объясне- ние с помощью эмиссионной теории. Эффект приписывался про- стому сложению скорости света и скорости Земли на ее орбите. Трудности в этом вполне удовлетворительном объяснении игно- рировались до тех пор, пока не было предложено объяснение на основе волновой теории света. Это новое объяснение было почти таким же простым, как и предыдущее. Но оно не смогло объяснить того доказанного экспериментом факта, что аберрация оставалась неизменной, когда наблюдения проводились с помощью телескопа, наполненного водой. Если тангенс угла аберрации представляет собой отношение скорости Земли к скорости света, то, поскольку последняя скорость в воде составляет 3/4 скорости
15 Это исследование было выполнено с помощью фонда Бача (Bache fund of the National Academy of Sciences – прим. ред.).
41
А.А.Майкельсон, Э.Морли, 1887 г.
наполненного водой телескопа, должно составить 4/3 своего света в вакууме, и отклонение света, наблюдаемое с помощью истинного значения 16.
По волновой теории, согласно Френелю, эфир, во-первых, дол- жен находиться в покое (относительно мирового пространства — В. А.), кроме как внутри прозрачной среды, а, во-вторых, он должен двигаться в ней со скоростью, меньшей, чем скорость среды, в от-
ношении |
n2 |
−1 |
, где n |
— коэффициент преломления среды. Эти |
|
n |
2 |
|
|||
|
|
|
|
||
две гипотезы дают полное и удовлетворительное объяснение явле- ния аберрации. Вторая гипотеза, несмотря на свою кажущуюся не- правдоподобность, должна рассматриваться как полностью дока- занная, во-первых, известным экспериментом Физо 17 и, во-вторых, нашим собственным подробным исследованием 18. Эксперимен- тальные исследования первой гипотезы и составляют существо на- стоящей работы.
Если бы Земля была прозрачным телом, можно было бы допус- тить на основании результатов только что упомянутых экспери- ментов, что межмолекулярный эфир находится в покое в простран- стве, несмотря на движение Земли по своей орбите, но мы не имеем права распространять этот вывод экспериментов на непрозрачные тела.
Но едва ли можно сомневаться в том, что металл может и дол- жен пропускать эфир.*
16 Можно отметить, что большинство авторов считает объяснение эмисси- онной теории света вполне достаточным; в действительности же трудно- стей в этом объяснении даже больше, чем в волновой теории. По эмисси- онной теории скорость света должна быть больше в водном телескопе и, таким образом, угол отклонения должен быть меньше; а для того, чтобы сократить его до истинного значения, мы должны выдвинуть абсурдную гипотезу о том, что движение воды в телескопе отклоняет луч света в про- тивоположном направлении!
17Comptes Rendus. 1851. Vol. xxxiii. P. 349; Pogg. Ann. Ergänzungsband. 1853. Vol. III. P. 457; Ann Chim. Phys. 1859. Vol. III. Ivii. P. 385.
18Influence of Motion of the Medium on the Velocity of Light. Am. J. Sci.. 1886. Vol.III, xxxi. P. 377.
* Это мнение о том, что эфирные потоки свободно пропускаются метал- лом, сыграли роковую роль в истории исследований эфирного ветра: ин-
42