Реферат: Об эфирном ветре

Рис. 2. Внешний вид интерферометра

Вид прибора показан на рис.2, его вертикальное сечение – на рис.3, а ход лучей в нем – на рис.4. Камень а (рис.4) имел площадь около 1,5х1,5м и толщину 0,3м. Он покоился на кольцеобразном деревянном поплавке bb с внешним диаметром 1,5м, внутренним диаметром 0,7м и толщиной 0,25м. Поплавок располагался на ртути, содержавшейся в чугунном лотке cc толщиной 1,5см и таких размеров, что вокруг поплавка в нем оставалось свободное пространство около сантиметра.

Рис. 3. Разрез опоры интерферометра

Шпилька d, направляемая рычагами gggg, совпадает с гнездом е, проделанным в поплавке. Посредством ручки, надетой в f, она может либо вставляться в гнездо, либо выниматься из него. Эта шпилька делает поплавок соосным с лотком, но не несет ни малейшей части веса камня. Кольцеобразный чугунный лоток опирается на цементную подложку, лежащую на низком кирпичном основании, выложенном в форме полого восьмиугольника.

В каждом углу камня помещалось по четыре зеркала ddee (рис.3). Вблизи центра камня находилась плоскопараллельная стеклянная пластинка b. Все это было расположено так, что свет от горелки Аргана⁵ а, проходя через линзу, падал на b таким образом, чтобы частично отражаться к d₁ . Два пучка, показанные на рисунке, проходили пути bdedbf и bd₁ e₁ d₁ bf соответственно и наблюдались в зрительную трубу f. И труба f, и горелка а вращались вместе с камнем. Зеркала были сделаны из зеркальной бронзы и тщательно обработаны до получения оптически плоских поверхностей 5см в диаметре: стекла b и с были плоскопараллельными, одинаковой толщины 1,25см; их поверхности имели размеры 5,0х7,5см. Второе стекло ставилось на пути одного из пучков, чтобы скомпенсировать прохождение второго пучка через стекло той же толщины. Вся оптическая часть прибора содержалась под деревянным кожухом для предотвращения воздушных потоков и быстрых изменений температуры.

Рис. 4. Ход лучей в интерферометре

Настройка проводилась так. С помощью винтов в отливках, удерживавших зеркала, к которым последние прижимались пружинами, зеркала устанавливались так, чтобы свет обоих пучков мог быть виден в зрительную трубу. Посредством легкого деревянного стержня, достававшего по диагонали от зеркала до зеркала, измерялись длины двух путей, причем расстояния отсчитывались по маленькой стальной шкале с точностью до десятых долей миллиметра. Затем разность длин двух путей ликвидировалась путем передвижения зеркала е₁ . Это зеркало имело три регулировки; имелись регулировки по высоте и азимуту, как и у других зеркал, но только более тонкие, а также регулировка в направлении падающего пучка, благодаря ему оно скользило взад и вперед, оставаясь, однако, с высокой точностью параллельным своей начальной плоскости. Все три регулировки могли производиться при закрытом деревянном кожухе.

Поскольку теперь пути были приближенно равны, два изображения источника света или какого-либо другого хорошо очерченного предмета сводились вместе и зрительная труба оказывалась настроенной на отчетливое наблюдение ожидаемых интерференционных полос. Когда они появлялись, белый свет заменялся на свет натрия. Путем регулировки зеркала е₁ полосы делались настолько отчетливыми, насколько это было возможно; затем возвращался белый свет, а винт, меняющий длину пути, приводился в очень медленное вращение (один оборот винта с сотней шагов резьбы на один дюйм менял путь примерно на 1000 длин волны) до тех пор, пока окрашенные интерференционные полосы не покажутся вновь в белом свете. Это давало удобную ширину и положение полос, и теперь прибор был готов для наблюдений.

Наблюдения проводились следующим образом. Вокруг чугунного лотка имелось шестнадцать эквидистантных отметок. Прибор приводился в очень медленное вращение (один оборот за шесть минут), и через несколько минут в момент прохождения одной из отметок пересечение нитей микрометра наводилось на самую яркую интерференционную полосу. Вращение происходило столь медленно, что это можно было сделать легко и точно. Отмечалось показание головки винта микрометра и делался очень легкий и плавный толчок для поддержания движения камня. При прохождении следующей отметки процедура повторялась, и все это продолжалось до тех пор, пока прибор не завершал шесть оборотов. Было обнаружено, что при поддержании прибора в состоянии медленного равномерного движения результаты оказывались гораздо более однородными и согласующимися между собой, чем когда камень останавливался для каждого наблюдения, поскольку эффекты деформаций могли быть заметными по крайней мере в течение полуминуты после того, как камень остановился, а за это время вступали в действие эффекты изменения температуры.

Полуденные наблюдения
16	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
8 июля	44,7	44	43,5	39,7	35,2	34,7	34,3	32,5	28,2	26,2	23,8	23,2	20,3	18,7	17,5	16,8	13,7
9 июля	57,4	57,3	58,2	59,2	58,7	60,2	60,8	62	61,5	63,3	65,8	67,3	69,7	70,7	73	70,2	72,2
11 июля	27,3	23,5	22	19,3	19,2	193	187	18,8	16,2	14,3	13,3	12,8	13,3	12,3	10,2	7,3	6,5
Среднее	43,1	41,6	41,2	39,4	37,7	38,1	37	37,8	35,3	34,6	34,3	34,4	34,4	33,9	33,6	32,4	30,8
Среднее в длинах волн	0,862	0,832	0,824	0,788	0,754	0,762	0,758	0,756	0,706	0,692	0,686	0,688	0,678	0,678	0,672	0,628	0,616
0,706	0,692	0,686	0,688	0,688	0,678	0,672	0,628	0,616
Конечное среднее	0,784	0,762	0,755	0,738	0,721	0,72	0,715	0,692	0,661
Вечерние наблюдения
8 июля	61,2	63,3	63,3	68,2	67,7	69,3	70,3	69,8	69	71,3	71,3	70,5	71,2	71,2	70,5	72,5	75,7
9 июля	26	26	28,2	29,2	31,5	32	31,3	31,7	33	35,8	36,5	37,3	38,8	41	42,7	43,7	44
12 июля	66,8	66,5	66	64,3	62,2	61	61,3	59,7	58,2	55,7	53,7	54,7	55	58,2	58,5	57	56
Среднее	51,3	51,9	52,5	53,9	53,8	54,1	54,3	53,7	53,4	54,3	53,8	54,2	55	56,8	57,2	57,7	58,6
Среднее в длинах волн	1,026	1,038	1,05	1,078	1,076	1,082	1,086	1,074	1,068	1,086	1,076	1,084	1,1	1,136	1,144	1,154	1,172
1,068	1,086	1,076	1,084	1,1	1,136	1,144	1,154	1,172
Конечное среднее	1,047	1,062	1,063	1,081	1,088	1,109	26	1,114	1,12	11

Таблица дают среднее шести отсчетов: для наблюдений, выполненных около полудня и для наблюдений около шести часов вечера. Отсчеты – это деления головки винта. Ширина полос менялась от 400 до 60 делений, причем среднее значение составляло около 50, так что одно деление означает 0,02 длины волны. При полуденных наблюдениях вращение производилось против часовой стрелки, при вечерних – по часовой стрелке. Результаты наблюдений представлены графически на рис.5. Кривая1 соответствует полуденным наблюдениям, кривая2 – вечерним. Пунктирные линии показывают одну восьмую теоретического смещения¹ . Из рисунка возможно сделать вывод о том, что если и существует какое-либо смещение благодаря относительному движению Земли и светоносного эфира, оно не может быть значительно больше, чем 0,01 расстояния между полосами.

Рис. 5. Графики результатов наблюдений

При учете лишь движения Земли по орбите это смещение должно быть равно 2D · v₂ /V₂ = 2D ·10^–8 . Расстояние D составляло около 11м, или 2107 длин волн желтого света; следовательно, ожидавшееся смещение равно 0,4 полосы. Действительное смещение было, безусловно, меньше, чем одна двадцатая часть этой величины, и, вероятно, меньше, чем одна сороковая. Но поскольку смещение пропорционально квадрату скорости, относительная скорость Земли и эфира, вероятно, меньше, чем одна шестая часть орбитальной скорости Земли, и безусловно меньше, чем одна четвертая.

В вышеизложенном учитывалось только орбитальное движение Земли. Если его сложить с движением Солнечной системы, относительно которого, однако, мало что известно с достоверностью, вероятно, результаты следует модифицировать; и вполне возможно, что результирующая скорость во время наблюдений была мала, хотя против этого и очень много шансов. Поэтому эксперимент должен быть повторен с интервалами в три месяца, и таким образом будут преодолены все неопределенности.

Из всего изложенного довольно определенно следует, что если существует какое-либо относительное движение Земли и светоносного эфира, то оно должно быть настолько мало, чтобы полностью отказаться от френелевского объяснения аберрации. Стокс дал теорию аберрации⁶ , которая предполагает, что эфир на поверхности Земли находится по отношению к ней в состоянии покоя, и в дополнение требует, чтобы относительная скорость имела потенциал; но Лоренц показал, что эти условия несовместимы. Тогда Лоренц предложил усовершенствованную теорию, которая соединяет некоторые идеи Стокса и Френеля и предполагает существование потенциала наряду с коэффициентом Френеля. Если теперь из настоящей работы позволительно заключить, что эфир покоится относительно поверхности Земли, то, согласно Лоренцу, не может быть потенциала скорости и его собственная теория также терпит неудачу⁷ (...)

Комментарии:

Перевод с английского статьи А.Майкельсона и Э.Морли выполнен С.Р.Филоновичем по публикации: On the relative motion of the Earth and the luminiferous ether. «American Journal of Science», Ser. 3, 1887, vol. 34, p. 203, p. 333...345. При переводе исключены Приложение к статье и некоторые второстепенные примечания. Большая часть литературных ссылок взята из текста работы; изменена лишь их форма (в соответствии с принятыми сейчас правилами).

¹ Fizeau Н. Sur les hypotheses relatives a l'ether lu-minieux... Comptes Rendus, 1851, vol. 33, p. 349.

² Wichelson A.A., Morley E. Influence of Motion of the Medium on the velocity of Light. American Journal of Science, Ser. 3, 1886, vol. 31, p. 377...386.

³ Lorenfz Н.A. De l'influence du mouvement de la Terre sur les phenomenes lumineux. Archives Nerlandaises, 1886, vol. 21, 2 me livr.

⁴ Michelson A.A. The Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. American Journal of Science, Ser. 3, 1881, vol. 22, p. 120...129.

⁵ Этот осветительный прибор в XIX в. часто использовался для проведения оптических экспериментов. Он был изобретен швейцарским часовщиком Арганом и обеспечивал постоянство светового потока при выгорании части фитиля.

⁶ Дж. Стокс исследовал проблему аберрации света в 1845...1848гг. и опубликовал на эту тему ряд работ, в частности: On the aberration of light. Philosophical Magazine, 1845, vol. 27, p. 9...15; On the constitution of the luminiferous aether, viewed with reference to the phenomenon of the aberration of light. Там же, 1846, vol. 28, p. 6...10.

⁷ В Приложении авторы рассматривают другие эксперименты и наблюдения, которые в принципе могли бы способствовать решению вопроса, обсуждаемого в данной работе.

Список литературы

Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки. М.: Высш. шк., 1989. – 576 с.