ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.04.2024
Просмотров: 781
Скачиваний: 0
Глава 3. Об относительном движении Земли и светоносного эфира
Лоренц ссылается на пример с металлической трубкой баро- метра. Когда трубка наклоняется, эфир над ртутью, конечно, вы- талкивается наружу, поскольку он несжимаем 19. Но опять у нас нет никакого права полагать, что он выходит совершенно свободно, а если существует какое-либо сопротивление, даже малейшее, то мы все равно не можем допустить, что непрозрачное тело, такое, как Земля, может свободно пропускать эфир через всю свою массу.
Однако, как уместно замечает Лоренц:
«Не надо позволять увлечь себя в подобном вопросе суждением о степени вероятности или о простоте той или иной гипотезы, а надо обратиться к опыту, чтобы научиться распознавать состояние
покоя или движения, в котором находится эфир на поверхности Земли» 20.
Теорию метода можно кратко сформулировать следующим об- разом. Допустим sa, рис. 3.1, — это луч света, который частично отражается в ab, а частично переносится в ac, возвращаясь при по- мощи зеркал b и c вдоль линий ba и ca. ba частично переносится вдоль ad, а ca и частично отражается вдоль ad. Если затем отрезки ab и ас сделать равными, то два луча будут интерферировать вдоль
терферометр, построенный Р.Кеннеди в 1926 г. (им воспользовался также Иллингворт в 1927 г.) и интерферометр, построенный Пиккаром и Ста- элем в 1927 г., были заключены в герметичные металлические ящики. Ин- терферометр Г.Джуса, построенный в 1930 г., был заключен в вакуумиро- ванное металлическое строение. Опыт Майкельсона 1931 г. по определе- нию скорости света в частичном вакууме был основан на том, что свет пропускался в длинных металлических трубах, из которых был частично откачан воздух. Как теперь стало понятно, металл отражает эфирные струи подобно тому, как металлическое зеркало отражает свет. Внутри подобных закрытых металлических экранов никакого движения эфира, проникающего извне, быть не может независимо от того, обдувает эфир- ный ветер Землю или нет. Все эти эксперименты методически были по- ставлены неверно, и их результаты не могут приниматься во внимание при выявлении факта наличия или отсутствия эфирного ветра. И прихо- дится сожалеть о той роли, которую сыграли перечисленные эксперимен- ты в отрицании существования эфирного ветра и, как следствие, самого эфира. (Прим. сост.).
19Можно возразить, что он может протекать в пространстве между рту- тью и стенками, но этого можно избежать амальгамированием стенок.
20Archives Neerlandaises, xxi, 2me livr.
43
А.А.Майкельсон, Э.Морли, 1887 г.
ad. Предположим, что эфир находится в покое и что весь аппарат движется в направлении sc со скоростью Земли по орбите, тогда направления и расстояния, проходимые лучами, будут меняться таким образом: луч sa отражается вдоль ab (см. рис. 3.1, II); угол bab1, равный отклонению α , возвращается вдоль ba1(aba1=2 α ) и идет в фокус телескопа, направление которого остается неизмен- ным. Пропущенный луч проходит вдоль ас, возвращается вдоль са1 и отражается в а1, делая са1е равным 90° – α и, таким образом, вновь совпадая с первым лучом. Следует отметить, что лучи bа1 и са1 не встречаются точно в точке а1, хотя разница там второго по- рядка; это не влияет на справедливость вывода.
Теперь нам требуется найти разницу двух путей аba1 и аса1. Пусть
V — скорость света;
v — скорость Земли на ее орбите;
D — расстояние ab или ac на рис. 3.1 (I);
T — время, за которое свет проходит от а до с;
T1 — время, за которое свет возвращается из с в а1 на рис.
3.1 (II).
Рис. 3.1. Схема интерферометра (I) и принцип его работы (II)*
* Рисунок разделен на две части, как в европейском издании статьи. Два луча света описывают траектории sabd и scad на схеме, а запаздывание одного из лучей происходит по принципу «лодки и течения», который
44
Глава 3. Об относительном движении Земли и светоносного эфира
Тогда T = |
|
D |
, T = |
|
|
D |
. Полное время прохождения и |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
V − v |
1 |
|
V + v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
возвращения света составит* T + T = 2D |
|
|
|
V |
|
|
|
, |
а расстояние, |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
− v2 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
V 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
2 |
|
|
|
|
|
v |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
пройденное за это время, будет равно |
2D |
2 |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|||||||||||||||
− v |
|
|
= 2D 1+ |
|
, |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
||||
если пренебречь членами четвертого порядка. |
|
Длина другого от- |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
резка составит**, |
очевидно, |
величину |
2D 1+ |
v |
|
или с той же |
||||||||||||||||||
2 |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разность соста- |
|||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
степенью точности, 2D 1+ |
2V |
|
. Таким образом, |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
v2
вит D V 2 . Если теперь весь аппарат повернуть на 90°, разность поменяет знак на противоположный, и смещение интерференцион-
v2
ных полос составит 2D V 2 . Если рассматривать только скорость
движения Земли по орбите, то эта величина должна быть равной
2D ×10−8 . Если, как это было в первом эксперименте, D = 2×106 волн желтого света, то смещение должно составить 0,04 расстояния между интерференционными полосами.
был популярно изложен, в частности, А. Майкельсоном в его книге «Све- товые волны и их применение» в 1903 году (см. примечание к предыду- щей главе этого сборника). Прим. ред.
* Для преобразований используется приведение к общему знаменателю и
формула сокращенного умножения a2 − b2 |
= (a + b)(a − b) , а для |
|||||||||
упрощения функций — ряды Тейлора |
1 |
= 1 + x + x2 + x3 + L и |
||||||||
|
||||||||||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 − x |
|
|
|
= 1 + |
x |
− |
x2 |
+ |
x3 |
+ L Прим. ред. |
|
|
|
1 + x |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
2 |
8 |
16 |
|
|
|
|||||
** Используется правило треугольника (теорема Пифагора). Популярное изложение см., например, в книге биографа А.Майкельсона Бернарда
Джеффа «Майкельсон и скорость света». М.: Изд-во иностранной литера-
туры, 1963. http://n-t.ru/ri/dj/mc05.htm Прим. ред.
45
А.А.Майкельсон, Э.Морли, 1887 г.
В первом эксперименте одна из основных встретившихся труд- ностей заключалась в необходимости приведения аппарата во вра- щение без внесения искажений, вторая — в его исключительной чувствительности к вибрациям. Последняя была настолько велика, что во время работы в городе было невозможно увидеть интерфе- ренционные полосы, за исключением коротких промежутков вре- мени, даже в 2 часа ночи. В результате, как отмечалось ранее, ве- личина, которая должна была быть измерена, а именно, смещение интерференционных полос на расстояние, несколько меньшее, чем 1/20 расстояния между ними, могла быть слишком мала, чтобы ее определить, будучи замаскированной погрешностями эксперимен- та.
Начало статьи А.Майкельсона и Э.Морли в американском** и европей-
ском Journal of Science за 1878 г.*
**American Journal of Science, 1887, 34 (203): 333–345 http://bit.ly/f2JyYR
*Phil. Mag. S. 5. Vol. 24. No. 151. Dec. 1887. http://bit.ly/ggI7p9
46
Глава 3. Об относительном движении Земли и светоносного эфира
Первая из названных трудностей была полностью преодолена за счет расположения аппарата на массивном камне, плавающем в ртути, а вторая – за счет увеличения светового пути посредством повторных отражений примерно в 10 раз по сравнению с его прежним значением.
Аппарат представлен в перспективе на рис. 3.2, в плане — на рис. 3.3, а в вертикальном сечении — на рис. 3.4.
Камень а (см. рис. 3.4) имеет квадратную поверхность со сторо- ной примерно в 1,5 м и толщину 0,3 м. Он расположен на кольце- образном деревянном плоту bb, имеющем внешний диаметр в 1,5 м, внутренний диаметр 0,7 м и толщину 0,25 м. Плот покоится на ртути, залитой в чугунный желоб сс толщиной 1,5 см и таких раз- меров, чтобы вокруг плота оставалось расстояние около 1 см. Штырь d, удерживаемый креплениями gggg, вставлен в гнездо е, расположенное на плоту. Штырь может быть вставлен в отверстие, а может быть вынут с помощью рычага, вращающегося в точке f. Этот штырь удерживает весь плот соосно с желобом, но не несет на себе никакой части веса камня. Кольцеобразный чугунный желоб покоится на цементном основании и на низком кирпичном фунда- менте, имеющем форму полого восьмиугольника.
Рис. 3.2. Интерферометр Майкельсона, расположенный на каменной пли-
те: вид в перспективе. В нижней части прибора по окружности на равном расстоянии были нанесены метки от 1 до 16 для указания его азимута.
47
А.А.Майкельсон, Э.Морли, 1887 г.
В каждом углу камня были расположены четыре зеркала dd, ee (см. рис. 3.3). Около центра камня было размещено плоскопарал- лельное стекло* b. Все
это было расположено таким образом, что свет от горелки Аргана а, про- ходя через линзу, падал на b таким образом, что- бы быть частично отра- женным к d1; два пучка следовали по траектори- ям, указанным на рисун- ке, соответственно bdedbf и bd1e1d1bf, и наблюда- лись через телескоп f. Как f, так и а, вращались вместе с камнем. Зеркала были изготовлены из зеркальной бронзы и бы- ли тщательно отполиро- ваны для получения оп-
тически плоских поверхностей, они имели 5 см в диаметре, а стек- ла b и с были плоскопараллельными и имели одинаковую толщину 1,25 см; их поверхности имели размеры 5x7,5 см. Второе из них было размещено на пути одного из пучков света для компенсации прохождения второго луча через ту же толщину стекла. Вся опти- ческая часть аппарата была закрыта деревянным кожухом с тем, чтобы предотвратить влияние потоков воздуха и быстрой смены температуры.
Регулировка осуществлялась следующим образом: зеркала регу- лировались с помощью винтов в кронштейнах, которые держали зеркала и к которым зеркала прижимались пружинами, регулиров- ка проводилась до тех пор, пока свет от обоих лучей не становился виден в телескоп; длины двух путей измерялись легкой деревянной линейкой по диагонали от зеркала к зеркалу, расстояние считыва- лось с маленькой стальной шкалы с точностью до десятой доли миллиметра.
* Полупрозрачное зеркало — Прим. ред,
48