Пример А.Майкельсона с лодкой при выявлении скорости эфирного ветра
В интерферометре Майкельсона световые пути двух лучей света были расположены перпендикулярно друг к другу, чтобы послужить аналогией поведения лодки в воде, и таким образом уловить эфирный ветер — движение светоносной среды относительно Земли.
Запаздывание вдоль течения реки[править]
В книге «Световые волны и их применение» (1903)[2][3]) А. Майкельсон упоминал простую механическую аналогию эксперимента с эфирным ветром.
|
Пример в спокойной воде | Пример с течением |
---|---|
Лодка, которая плывет из пункта a в пункт c и обратно по течению и против течения, придет в пункт назначения позднее, чем в спокойном озере: чем сильнее течение, тем больше опоздает лодка. Хотя, казалось бы, вторую половину пути лодка проплывет в благоприятных условиях, простой расчет показывает, что полной компенсации затраченного времени на обратном пути не происходит (можно построить график зависимости затраченного времени от скорости течения — при приближении скорости течения к скорости лодки время пути будет стремиться к бесконечности).
Математическая запись в обозначениях Майкельсона (1887):[1]
, .
Здесь V — скорость света (скорость лодки в спокойной воде).
- v = скорость движения Земли относительно эфира (в задаче о лодке — скорость течения реки),
- D = расстояние ac на схеме опыта (расстояние, которая должна проплыть лодка).
- T = время, за которое свет проходит расстояние от a до c (время движения лодки против течения).
- T1 = время, за которое свет возвращается из c в a (время возвращения лодки по течению).
Эквивалентная формула, которая получается приведением к общему знаменателю и использованием формулы сокращенного умножения , согласно статье Майкельсона (1887): .
Расстояние, пройденное за это время, составит, по этой статье (время, умноженное на скорость), .[1]
Запаздывание поперек течения реки[править]
Запаздывание при поперечном движении относительно движущейся среды не было проанализировано в ранней работе Майкельсона 1881 года,[4] недочет был исправлен в публикации 1887 года.[1]
Лодка, которая движется поперек реки, тоже приходит в пункт назначения позднее, поскольку пройденный путь удлинняется за счет треугольника с катетами из пройденного пути без течения и сноса течением за время пути. Действительный путь считается по теореме Пифагора. Это запаздывание меньше, чем при движении вдоль течения реки.
В записи Майкельсона (1887) формула для расчета пройденного пути выглядит так:[1] .
Здесь V — скорость света (или скорость лодки в задаче о реке).
- v — скорость движения Земли относительно эфира (или скорость течения реки),
- D — расстояние ab на схеме
- T — время, за которое свет (или лодка) проходит от a до b (прямой и обратный ход в этом случае занимают одинаковое время).
Биограф А.Майкельсона Бернард Джефф в книге «Майкельсон и скорость света»[5] писал:
|
Разница между запаздываниями вдоль и поперек течения[править]
Разность пройденного пути между продольным и перпендикулярным ходом лучей составляет минус . Эти выражения можно упростить, применив ряды Тейлора и Если пренебречь членами 4 порядка точности, что и проделал Майкельсон в статье 1887 г., разница составит минус . Таким образом, разница приближенно составляет .[1]
Результаты опытов[править]
В публикациях 1881 года и 1887 года А.Майкельсон и Э.Морли объявили о нулевом результате эксперимента по выявлению эфирного ветра. Это послужило, по словам, А.Эйнштейна (1927), «могучим стимулом для создания теории относительности».[6]
Сподвижник А.Майкельсона и Э.Морли, профессор Д. К. Миллер, однако, не удовлетворился «нулевыми результатами» и многие годы производил дальнейшие эксперименты на этой же установке, которые показали положительный результат эфирного ветра со скоростью примерно 10 км/с и апексом в созвездии Дракона (255°, +68°)[7] — близ северного полюса эклиптики, либо противоположный апекс в южном полушарии (установка Майкельсона не давала ответа на вопрос, какой из апексов следует предпочесть).[8]
Результаты Д.Миллера не были признаны как противоречащие теории относительности и не подтвержденные опытами Кеннеди и Пикара,[6] однако, за свои работы в области эфирного ветра он успел получить награды и звания от Американского физического общества в 1925 году.[9] Сам А.Майкельсон в 1929 году совместно с Пизом и Пирсоном опубликовал статью, где подтвердил выводы Миллера о существовании эфирного ветра со скоростью не более 6 км/с и космическими направлениями, совпадающими с вычисленными Штромбергом направлениями для движения Солнечной системы.[10] За 3 месяца до смерти Майкельсон высказал Эйнштейну неудовлетворенность теорией относительности, считая ее «чудовищем», порожденным его собственными экспериментами.[11]
В. А. Ацюковский, составив в 1993 году сборник первоисточников работ по исследованию эфирного ветра, заявил, что в опытах Кеннеди, Пикара, Стаэля и других исследователей нулевой результат получался за счет помещения прибора в металлический кожух, который, по его мнению (а также мнению Д.Миллера) экранирует эфирный поток, подобно тому как зеркало отражает свет. Эксперименты с мазерами, начиная с исследований группы Седархольма и Таунса, по его мнению, давали отрицательный результат из-за измерения вместо сдвига фазы (как у Майкельсона) сдвига частоты (допплеровский эффект), который не наблюдается при взаимно неподвижном источнике относительно приемника. Использование диэлектрического кожуха из пенопласта и измерение смещения интерферометрической картины (сдвиг фаз) по Майкельсону позволило современному исследователю из Харькова Ю. М. Галаеву воспроизвести графики Д.Миллера на собственном эфирном интерферометре.[12].
Примечания[править]
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Альберт А.Майкельсон, Эдвард В.Морли, Об относительном движении Земли и светоносном эфире. (1887 г.) //The American Journal of Science. Third Series. 1887. Vol XXXIY. No 203. — Nov. // «Эфирный ветер». Сб. статей/Под ред. — В. А. Ацюковского. — М.: Энергоатомиздат, 1993. — 288 с. — ISBN 5-283-04990-6; М.: Энергоатомиздат, 2011. 419 с. ISBN 978-5-283-03319-8
- ↑ А.Майкельсон «Световые волны и их применение». М. — Л.: Гостехиздат, 1934. с. 127
- ↑ http://www.archive.org/stream/lightwavestheiru00michrich#page/156/mode/2up A. Michelson «Light waves and their uses» The University of Chicago Press, 1903, с. 157
- ↑ http://ether.wikiext.org/wiki/Michelson_1881 А.Майкельсон. Относительное движение Земли и светоносный эфир, 1881 г. // The Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether (1881) by Albert Abraham Michelson. //American Journal of Science, 1881, 22: 120—129. // «Эфирный ветер». Сб. статей/Под ред. — В.А.Ацюковского. — М.: Энергоатомиздат, 1993. — 288 с. — ISBN 5-283-04990-6; М.: Энергоатомиздат, 2011. 419 с. ISBN 978-5-283-03319-8
- ↑ http://n-t.ru/ri/dj/mc05.htm Бернард Джефф «Майкельсон и скорость света» М.: Изд-во иностранной литературы, 1963
- ↑ 6,0 6,1 http://ether.wikiext.org/wiki/Einstein_1927 А.Эйнштейн. Новые опыты по влиянию движения земли на скорость света относительно Земли (1927) // Альберт Эйнштейн. Собрание научных трудов в четырех томах / Под редакцией И. Е. Тамма, Я. А. Смородинского, Б. Г. Кузнецова. М:Наука, 1966, c.188-189 // Neue Experimente übеr den Einfluβ der Erdbewegung and die Lichtgeschwindigkeit relativ zur Erde. Forsch. und Fortschritte, 1927, 3, 36.
- ↑ http://ether.wikiext.org/wiki/Conference_1927_3_Miller
- ↑ http://ether.wikiext.org/wiki/Miller_1933_1
- ↑ http://ether.wikiext.org/wiki/Timiryazev_1926
- ↑ http://ether.wikiext.org/wiki/Micheson_Pease_Pearson_1929
- ↑ http://ufn.ru/ru/articles/1971/6/d/ Холтон Дж. «Эйнштейн и „решающий“ эксперимент» УФН 104 (6) (1971) стр. 303
- ↑ http://ether-wind.narod.ru/index2.html Эфирный ветер. Сб. статей. 2-е издание.//Под ред. В. А. Ацюковского. М.: Энергоатомиздат, 2011. 419 с. ISBN 978-5-283-03319-8