Майкельсон А. Относительное движение Земли и

A. A. Michelson— The relative Motion of the Earth and the
Ether. // American Journal of Science.—Fourth Series, Vol. III, No.
18.—June, 1897.
Альберт А. Майкельсон.
Относительное движение Земли и
эфира
Для объяснения явления аберрации Френель1 предполагает
наличие светоносного эфира, находящегося в покое, причем Земля
движется через эту среду, не сообщая ей какой-либо ощутимой
части своего движения. По этой теории было показано2, что должна
быть возможность определить разницу скорости света в двух
направлениях под прямым углом. Поскольку это различие не
наблюдалось, из этого, видимо, следует, что гипотеза Френеля
неправильна.
Рис. l.
Другая теория принадлежит Стоксу — в ней аберрация
обусловлена тем, что относительная скорость Земли и эфира имеет
Fresnel A. (1818) – Lettre de M. Fresnel à M. Arago, sur l’influence du
movement terrestre dans quelque phénomenes d’ optique. Ann. de Chimie et
Physique. 9,57 – Прим. перев.
2
A. Michelson and E. Morley. On the Relative Motion of the Earth and the
Luminiferous Ether. // American Journal of Science — Third series — Vol.
XXXIV, No. 203. — Nov. 1887.
1
потенциал.3 Это требование, однако, не согласуется с результатами
только что упомянутого эксперимента, который показывает, что на
поверхности Земли относительное движение равно нулю.
В
надежде
определить
относительную
скорость,
соответствующую различию высоты [над уровнем моря], был
проведен следующий эксперимент.
Я хочу воспользоваться возможностью для выражения
благодарности за добросовестные и действенные услуги, оказанные
во время выполнения этой работы профессором С.В.Стратоном и гном С.Р.Манном.
Свет из источника s, от
света [карбида] кальция или
электродуговой
лампы,
разделенный на два луча в
тонкослойно
посеребрянной
плоско-параллельной стеклянной
пластине o. Два луча были
отражены двойными зеркалами
вдоль путей oabcoe, и ocbaoe,
соответственно. Два световых пути
сделаны
равными,
полосы
интерференции
должны
наблюдаться с помощью телескопа
e. Рис. 2 показывает детали угла c:
pq
—
плоско-параллельные
стеклянные диски, закрепленные
Рис. 2
на концах стальных труб; mn —
плоские стеклянные пластины, посеребренные на передней
В статье 1845 года Стокс писал: «Целью настоящего сообщения является
попытка объяснения причин аберрации, которые должны находиться в
соответствии с волновой теорией света. Я буду считать, что Земля и
планеты увлекают часть эфира вместе с ними таким образом, что эфир,
близкий к их поверхности, находится в покое относительно их
поверхности, но его скорость изменяется при удалении от поверхности,
пока, наконец, на не очень большом расстоянии, эфир не оказывается
покоящимся в пространстве.» (G.G.Stokes "On the Aberration of Light" //
Philosophical Magazine 1845, 27: 9–10) – Прим. перев.
3
поверхности и приспособленные для настроек в двух плоскостях;
omnb — путь лучей света. Аппарат был установлен в вертикальной
плоскости с запада на восток,4 свет проходил полный круг по
лаборатории Риерзон, его путь составляет примерно 200 футов
(60,96 м) длиной и 50 футов (15,24 м) высотой.
Было обнаружено, что в обычных условиях температурные
возмущения при такой длине воздушного [светового пути] делают
невозможным измерение положения полос; и трудность была
устранена лишь в незначительной степени помещением всего пути
света в деревянный корпус. Изготовлением этого покрытия в виде
стальной трубы и откачиванием воздуха до уровня до сотых долей
атмосферы было найдено возможным измерить позицию
центральной яркой полосы в пределах двадцатой части ширины
полосы.
Возникло затруднение при выборе нулевой отметки.
Двойное изображение источника света не остается на пересечении
нитей прицела наблюдательного телескопа на сколько-нибудь
длительные периоды времени, несмотря на предосторожности в
виде двойных отражений на углах, но использованием этих
двойных изображений самих по себе как нулевой отметки, любые
возможные ошибки вследствие дневных температурных изменений
и т.п., были устранены. Это двойное изображение и полосы
интерференции не были в фокусе одновременно, но при очень
маленькой потере в четкости каждой, измерения могли быть
сделаны с очень высокой точностью (Примечание: для объяснения
неравенства углов падения и отражения здесь имеется небольшое
различие между реальной и видимой позициями двойного
изображения. Это различие в сумме будет слишком маленьким для
получения какой-либо заметной ошибки. Эта разница производит
различия в длине световых путей—которое, однако, имеет второй
порядок и ей можно также пренебречь).
Наблюдения были произведены утром, в полдень, вечером
и ночью; не было принято специальных мер для измерения в
В соответствии с более поздней теорией и экспериментами сподвижника
Майкельсона Д.К.Миллера, более ясные результаты могли бы получиться
при измерении в направлении север-юг и при отсутствии экранирующих
металлических корпусов. – Прим. перев.
4
точности в указанные часы. Результат приведен в таблице,
содержащей результаты наблюдений, полученных и обработанных
г-ном Манном, как показано ниже.
Дата
06:00
12:00
18:00
n
P
pn
n
P
pn
n
P
pn
0.500 67 33.50 0.515 40 20.60 0.503 12 6.03
11 марта 0.513 38 19.49
23:00
n
P
pn
0.480 20 9.60
0.506 10 5.06
0.490 32 15.68
13 марта 0.495 11 5.44 0.530 33 17.49
16 марта 0.507 55 27.88 0.499 50 24.95 0.492 13 6.40
0.479 60 28.74
0.509 120 61.08 0.491 45 22.09 0.488 40 19.52 0.487 22 10.71
17 марта 0.490 40 19.60 0.504 80 40.32 0.500 35 17.50 0.488 105 51.24
0.488 50 24.40 0.502 60 30.12 0.498 30 14.94 0.496 100 49.60
18 марта 0.501 80 40.08 0.492 80 39.36 0.493 40 19.72 0.498 25 12.45
0.507 50 25.35 0.488 25 12.20 0.498 35 17.43
Сумма
461 231.47
Среднее 0.502 ± 0.002
438 220.28
0.503 ± 0.003
205 101.37
0.494 ± 0.002
399 195.45
0.490 ± 0.002
12:00 – 23:00 = 0.013; 1 полоса = 0.250; Таким образом,
максимальное смещение 13/250 = 1/20 полосы.
Микрометр был установлен на одно пятно (spot), затем на
центральную полосу, затем на другое пятно, давая три считывания
микрометра. Первое считывание было вычтено из третьего, давая
дистанцию между пятнами в делениях шкалы микрометра. Второе
считывание было вычтено из третьего, давая дистанцию
центральной полосы от нижней в делениях шкалы микрометра.
Этот последний остаток был поделен на первое значение, давая
дистанцию n центральной полосы от нижнего пятна в долях
расстояния между пятнами, взятого за единицу.
Каждое считывание было обработано таким же образом и
среднее из 10 взято как результат для данного времени. Веса p
были вычислены как обычно из формулы: p = c/e2.
Заключение из этих результатов – что если есть какое-либо
смещение полос, оно меньше 1/20 полосы.
Если мы рассмотрим время, нужное двум лучам на
совершение их путей в полдень или в полночь (когда
горизонтальные части пути параллельны движению Земли на
v
где s –длина
V2
горизонтальной части пути, v – разница относительных
скоростей выше и ниже, и V – скорость света. Это
s v
соответствует смещению   4
полос. Если
V
предполагается, что относительное движение следует
экспоненциальному закону, оно может быть представлено
выражением v  v0 (1  e  hh ) где v — скорость Земли и h —
высота над поверхностью Земли].
v v
1
Предположим, что 0
падает до
от его значения на
e
v
ее орбите), мы найдем различие, равное 4 s
поверхности в 100 км. Тогда для 15 метров, которые составляют
разницу уровней двух горизонтальных труб, v0  v1  0.00015v0 .
Подставив
это
для
v
в
выражении
для
Δ
мы
получим   0.0006
s v0
s
v
. Взяв  12  107 и 0  10  4 мы найдем
V

V
Δ=7.2 полос.
Поскольку действительное смещение было точно меньше
чем 1/20 полосы, из этого должно следовать, что влияние Земли на
эфир расширяется на дистанцию порядка земного диаметра.
(Примечание: Конечно, это будет зависеть от закона, принятого для
степени уменьшения относительной скорости от дистанции
относительно
земной
поверхности;
и
возможно,
что
экспоненциальный закон далек от правды. Было бы желательно
повторить эксперимент со значительно большей разницей высот, и
возможно с закапыванием нижней трубы на некоторое расстояние
под землю.)
Такой вывод кажется настолько невероятным, что
некоторые склонны вернуться к гипотезе Френеля и попытаться
примирить иным образом отрицательные результаты, полученные
в эксперименте, указанном в первом параграфе.
Единственная попытка такого характера проделена
Лоренцем.5 Она включает в себя гипотезу, что длина тел
изменяется при их движении сквозь эфир.
В
любом
случае
мы
вынуждены
придти
к
экстраординарным выводам, и выбор лежит между этими тремя:
1.
Земля проходит через эфир (или, скорее,
позволяет эфиру пройти через свою массу) без заметного влияния.
2.
Длина всех тел изменяется (одинаково?)
вследствие их движения сквозь эфир.
3.
Земля в своем движении увлекает за собой эфир
даже на расстояниях многих тысяч километров от ее поверхности.
Перевод: Р.Г.Чертанов, 30 октября 2012 г.
http://ether-wind.narod.ru/Michelson_1897/
5
H. A. Lorentz. "Versuch einer Theorie der El. u. Op. Erscheinungen in bewegten Körpern,” Leiden — E. J. Brill. 1895.