Опыт Майкельсона

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Общий вид интерферометра в перспективе. Изображение из доклада А.Майкельсона по результатам его экспериментов, выполненных в 1881 г.[1]
Движение Земли вокруг Солнца и через эфир.
Файл:Michelson experiment (ru).svg
Схема экспериментальной установки
Иллюстрация экспериментальной установки
Ошибка создания миниатюры: Файл не найден
Схема опыта Майкельсона-Гэля

О́пыт Ма́йкельсона — физический опыт, поставленный Альбертом Майкельсоном на своём интерферометре в 1881 году, с целью измерения зависимости скорости света от движения Земли относительно эфира. Под эфиром тогда понималась среда, аналогичная объёмнораспределённой материи, в которой распространяется свет подобно звуковым колебаниям. Результат эксперимента по мнению Майкельсона был отрицательный — смещение полос не совпадают по фазе с теоретическими, но колебания этих смещений только немного меньше теоретических. Позже, в 1887 году Майкельсон, совместно с Морли, провёл аналогичный, но более точный эксперимент, известный как эксперимент Майкельсона-Морли и показавший, что наблюдавшееся смещение меньше 1/20 теоретического и, вероятно меньше 1/40. В теории неувлекаемого эфира смещение должно быть пропорционально квадрату скорости; поэтому результаты, равносильны тому, что относительная скорость Земли в эфире, меньше 1/6 орбитальной скорости и, несомненно меньше 1/4. "Из всего сказанного, - заключают свою статью Майкельсон и Морли, - явствует, что безнадежно пытаться решить вопрос о движении солнечной системы по наблюдениям оптических явлений на поверхности Земли. Согласно примечанию С.И. Вавилова "Способ обработки таков, что всякие непереодические смещения исключаются. Между тем эти непереодические смещения были значительны. Максимальное смещение в этом случае составляет 1/10 теоретического"[2].

По мнению профессора Дэйтона К.Миллера(Кейсовская школа прикладных наук): - "Можно полагать, что эксперимент лишь показал, что эфир в конкретной подвальной комнате увлекается в продольном направлении вместе с ней. Мы собираемся поэтому переместить аппарат на холм, чтобы посмотреть, не обнаружится ли там эффект".

К.Миллер с профессором Морли сконструировали интерферометр более чувствительный, чем примененный в первом эксперименте, с длиной оптического пути 65,3 м, эквивалентной, примерно, 130 млн. длин волн. К.Миллер ожидал увидеть смещение в 1.1 полосы.[3] Осенью 1905 г. Морли и Миллер провели эксперимент на Евклидовых высотах в Кливленде, находящееся на высоте около 90 м над озером Эри и около 265 м выше уровня моря. В 1905 - 1906 гг. было сделано пять серий наблюдений, которые дали определенный положительный эффект - около 1/10 ожидаемого дрейфа[4]. В марте 1921 г. методика и аппарат были несколько изменены и получен результат в 10км/с "эфирного ветра". Результаты были тщательно проверены на предмет возможного устранения погрешностей связанных с магнитострикцией и тепловым излучением. Направление вращение аппарата не оказывало влияния на результат эксперимента.[4]

Доктор Рой Кеннеди (Калифорнийский технологический институт) после публикаций результатов опыта Морли-Миллера видоизменяет опыт с целью повторения опыта. Интерферометр помещается в металлический герметичный корпус заполненный гелием под давлением 1 атм. Используя приспособление, способное различить очень малые смещения интерференционной картины стало возможным сократить размер плеч до 4м. Использовался поляризованный свет с целью исключить рассеивание света на зеркалах. Точность опыта соотвествовала смещению 2·10-3.На этом аппарате скорость 10 км/с, полученная Миллером, давала бы сдвиг, соответствующий 8·10-3 длины волны зеленого цвета, что в четыре раза больше наименьшего определяемого значения. Эксперимент проводился в лаборатории Норман Бридж, в помещении с постоянной температурой в различное время дня. Для проверки зависимости скорости эфирного ветра от высоты местности опыты проводились на Маунт Вилсон в здании обсерватории. Эффект оказался не превышающим 1 км/с для эфирного ветра.[4]

Теперь я хотел бы сделать несколько замечаний по поводу эксперимента Миллера. Я считаю, что существует серьезная проблема, связанная с эффектом, периодическим для полного оборота аппарата, и сброшенная со счетов Миллером, подчеркивающим значение эффекта полупериода, т.е. повторяющегося при полуобороте аппарата, и касающаяся вопроса об эфирном ветре. Во многих случаях эффект полного периода значительно больше эффекта полупериода. По Миллеру эффект полного периода зависит от ширины полос и будет нулевым для неопределенно широких полос.

Хотя Миллер утверждает, что он смог исключить этот эффект в значительной степени в своих замерах в Кливленде, и это можно легко объяснить в эксперименте, я хотел бы более четко понять причины этого. Говоря в данный момент как приверженец теории относительности» я должен утверждать, что такого эффекта вовсе не существует. Действительно, поворот аппарата в целом, включая источник света, не дает какого-либо сдвига с точки зрения теории относительности. Никакого эффекта не должно быть, когда Земля и аппарат находятся в покое. По Эйнштейну такое же отсутствие эффекта должно наблюдаться для движущейся Земли. Эффект полного периода, таким образом, находится в противоречии с теорией относительности и имеет большое значение. Если затем Миллер обнаружил систематические эффекты, существование которых нельзя отрицать, важно также узнать причину эффекта полного периода — Проф. Лоренц[4]

В 1925 г. Майкельсоном и Гэлем у Клиринга в Иллинойсе на земле были уложены водопродные трубы в виде прямоугольника. Диаметр труб 30 см. Трубы AF и DE направлены точно с запада на восток, EF, DA и CB - с севера на юг. DE=AF=613 м. EF=DA=CB=339.5 м. Одним общим насосом работающим в течении трех часов можно откачать воздух до давления 1 см ртутного столба. Чтобы обнаружить смещение Майкельсон сравнивает в поле зрительной трубы интерференционные полосы, получаемые при обегании большого и малого контура. Один пучек света шел по часовой стрелки другой против. Смещение полос вызываемое вращением Земли регистрировали, в различные дни при полной перестановке зеркал и различными людьми. Всего было сделано 269 измерений. Теоретически предполагая эфир неподвижным, следует ожидать смещения полосы на 0,236±0,002. Обработка данных наблюденний дала смещение 0,230±0,005[2].

Таким образом, перед нами снова положительный эффект, сам по себе с поразительной точностью подтверждающий предположение о неувлекаемом эфире, отстающим при суточном вращении Земли. — С.И. Вавилов т. IV

В 1958 году в Колумбийском университете (США) был проведён ещё более точный эксперимент с использованием противонаправленных лучей двух мазеров, показавший неизменность частоты от движения Земли с точностью около 10−9 %. Ещё более точные измерения в 1974 довели чувствительность до 0,025 м/с. Современные варианты эксперимента Майкельсона [1] используют оптические и криогенные микроволновые резонаторы и позволяют обнаружить отклонение скорости света, если бы оно составляло несколько единиц на 10−16.

Опыт Майкельсона считается эмпирической основой принципа инвариантности скорости света, входящего в общую теорию относительности (ОТО) и специальную теорию относительности (СТО).

Примечания[править]

  1. Albert A. Michelson, Edward W. Morley. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. The American Journal of Science. III series. Vol. XXII, No. 128, P.120 — 129.
  2. а б Экспериментальные основания Теории относительности. С.И.Вавилов. Собрание сочинений, т.4, АН СССР, М., 1956 г. (pdf, русс.)(Ч.II. Опыты Майкельсона, его повторения и аналоги.)
  3. [on the Michelson-Morley experiment. Held at the Mount Wilson Observatory, Pasadena, California, February 4 and 5, 1927) //The Astrophysical Journal. December 1928. Vol. LXVIII, No. 5. P. 341-402.]
  4. а б в г Conference on the Michelson-Morley experiment. Held at the Mount Wilson Observatory, Pasadena, California, February 4 and 5, 1927 //The Astrophysical Journal. December 1928. Vol. LXVIII, No. 5. P. 341-402. Перевод с англ. В.А.Ацюковского и Л.С.Княэевой

Ссылки[править]