книги из ГПНТБ / Джефф Б. Майкельсон и скорость света

струей воздуха, подаваемой от мехов; при этом скорость вращения зеркала доводилась до 130 оборотов в се­ кунду. Определялась она по колебаниям двух камер­ тонов.

Майкельсон не располагал средствами на постройку дорогостоящих приборов. В те дни чисто научные иссле­ дования не субсидировались промышленными концер­ нами или частными фондами, а правительственные ассигнования были весьма ограниченны. Профессора колледжей делали, что могли, в своих жалких лабо­ раториях в немногие часы, свободные от лекций и занятий.

Майкельсону пришлось собирать свой прибор из от­ дельных деталей, приспосабливая разрозненные части демонстрационных приборов. Вращающееся зеркало обошлось ему в десять долларов. Когда в марте следую­ щего года Майкельсон, наконец, собрал и установил свой прибор, первые же предварительные испытания подтвер­ дили, что он на правильном пути.

Не обошлось и без заминок. В январе родился его

тело из рамы и разбилось. Возникали и другие про­ блемы.

Майкельсон понял, что без помощи со стороны ему не обойтись. Он написал письмо известному астроному Саймону Ньюкому, который лет за десять до этого го­ ворил, что опыт Фуко необходимо повторить. Сначала Майкельсон обратился к • Ньюкому с очень скромной просьбой — помочь ему достать кусок зеркального стек­ ла взамен разбитого. Затем, прочитав в «Трибюн» отрывок из работы Ньюкома, он написал ему еще одно письмо, в котором, в частности, говорилось:

4 0

Узнав от капитана Сэмпсона* что Вы заинтересовались моими опытами, я беру на себя смелость послать Вам крат­ кий отчет о проделанной работе... Я был бы Вам очень обя­ зан, если бы Вы согласились принять меня. Мне бы хотелось посоветоваться с Вами, как расположить некоторые детали прибора, чтобы получить наилучшие результаты.

Примите и проч.

Альберт Майкельсон Лейтенант ВМС США

В мае, еще не закончив своих опытов, Майкельсон послал письмо редактору журнала «Америкэн джорнал оф сайанс». Оно было озаглавлено: «О методе измере­ ния скорости света» [I]1. Все сообщение насчитывало девятнадцать печатных строк, к которым была прило­ жена одна схема. Никаких данных не приводилось. Майкельсон ограничился описанием метода.

Проведя «в трудных условиях» серию из десяти опы­ тов, Майкельсон поехал в город Сент-Луис на сес­ сию Американской ассоциации содействия развитию науки.

На сессии он сделал сообщение о своем новом определении скорости света в воздухе: найденная им цифра равнялась 300 092 кж/се/с. Его статья «Экспери­ ментальное определение скорости света» появилась в апрельском номере «Америкэн джорнал оф сайанс» [2, 3] за 1879 год. Оттуда уже известие о его достиже­ нии попало в газету Вирджиния-Сити. У невадских ру­ докопов оно не вызвало особенного восторга, но для научного мира это было историческое событие.

1 Цифры в квадратных скобках относятся к списку работ Майкельсона, стр. 152.

41

Вмешательство Ньюкома

Среди ученых, слушавших в Сент-Луисе сообщение Майкельсона, был и Ньюком, который, уходя в отстав­ ку с поста президента Ассоциации, произнес речь о простоте и универсальности законов природы. Как и все собравшиеся в Сент-Луисе, Ньюком был восхищен сме­ лостью молодого Майкельсона и мастерством, с кото­ рым был поставлен эксперимент. В нем возродился былой интерес к проблеме скорости света. Вскоре он обратился в Национальную Академию наук с просьбой испросить у правительства ассигнований для проведе­ ния дальнейших экспериментов. Специальная комиссия Академии признала целесообразность выделения средств на эту работу, и год спустя министр военно-морского флота включил в проект бюджетных ассигнований 5000 долларов на опыты по определению скорости света. Ньюкому, который был офицером ныне упраздненного профессорского корпуса военно-морского флота, было поручено возглавлять эту работу, причем состоять он должен был при Военно-морской обсерватории и редак­ ции Морского альманаха. Оба эти учреждения находи­ лись в Вашингтоне.

Пять тысяч долларов в нашем понимании — не так уж много, но это была достаточная сумма для того, чтобы можно было поставить новую серию опытов по более точному определению скорости света. Ньюком приехал в Аннаполис, чтобы обсудить свои планы с Майкельсоном, и обнаружил, что тот самостоятельно работает в этом же направлении. Годом ранее некое «частное лицо» (впоследствии выяснилось, что это был тесть Майкельсона) пожертвовало две тысячи долларов на приобретение молодым экспериментатором более совершенной аппаратуры. Майкельсон заказал новое

42

зеркало у известного мастера по телескопам Альвана Кларка и стал подыскивать воздушный ротор для вра­ щения зеркала.

Майкельсон проводил свои наблюдения в дощатом строении длиной около 13 ж и высотой около 2 м, кото­ рое находилось за оградой Академии, со стороны моря. Там помещались вращающееся зеркало, двигатель, дуговая лампа и прочее оборудование. В 600 м от этого строения Майкельсон построил кирпичное здание, где находился кирпичный постамент, на котором устанавли­ валось второе зеркало. Ходить из одного здания в дру­ гое приходилось напрямик, по полю; между ними не было даже протоптанной тропинки, и это путешествие было не таким уж простым, когда выпадал снег или стояла дождливая погода. Но Майкельсон не обращал внимания на трудности. Профессор Мейер из Техноло­ гического института Стивенса помог ему выверить ско­ рость вращения зеркала, а двое сотрудников Академии независимо проводили измерения, во избежание какойлибо предвзятости в выводах.

Майкельсон был весьма польщен приездом Ньюкома. Конечно, он будет очень рад работать вместе с ним. Этой же осенью его перевели из Морской академии в редакцию Морского альманаха. Ньюком разместил свою установку в Форт Майер (штат Вирджиния) на вершине холма над рекой Потомак. Отражающее зеркало нахо­ дилось на расстоянии немногим более 2,5 км на террито­ рии старой Военно-морской обсерватории. Позднее отражающее зеркало перенесли к подножию памятника Джорджу Вашингтону. Опыты проводились летом 1881

Ему было тогда 27 лет, и он понимал, что необходимо углубить свои знания в области оптики и подыскать себе

43

4

НЕУЛОВИМЫЙ ЭФИР

покинув Ньюкома, Майкельсон получил отпуск со службы и в 1880 году с женой и детьми отплыл в Евро­ пу. Этот путь был хорошо знаком американским уче­ ным. В те времена вновь учрежденный Университет Джонса Гопкинса был единственным научным центром в Соединенных Штатах, занимавшимся исключительно исследовательской работой. Джозайя Уиллард Гиббс, крупнейший физик-теоретик Америки, не понятый и не оцененный в йельском университете, б,отаник Аза Грей, геолог Джеймс Дана, палеонтологи Отниль Марш и Эдвард Коуп, химики Айра Ремзен и Эбен Н. Хорсфорд, врач Уильям Г. Уелч — все они совершили это паломничество. Если ученый хотел из первых рук узнать о последних открытиях в той области, которая его инте­ ресовала, ему нужно было ехать в Европу.

Майкельсон провел в университетах Франции и Гер­ мании почти два года. Он получил там все, что были спо­ собны ему дать великие европейские физики. В Берлин­ ском университете он слушал лекции знаменитого Гер­ мана Гельмгольца и некоторое время работал в его

4 5

лаборатории. Он углубленно научал механику, препода­ вавшуюся в Академии лишь в объеме элементарного курса, и высшую математику. Он работал еще в Гей­ дельбергском университете, в Коллеж де Франс и Высшей политехнической школе в Париже. В заключе­ ние он встретился с Мари Корню и Элетером Маскаром, впоследствии написавшим книгу по оптике, и советовался с ними относительно задуманных им экспери­ ментов.

В феврале 1881 года Майкельсон послал министру

Просьба была удовлетворена. Майкельсон намеревался вернуться в Академию и был бы вполне удовлетворен, если бы его сделали членом профессорского корпуса. Однако это оказалось не так-то просто. Пытаясь ему помочь в этом, профессор прикладной химии в Гарвард­ ском университете О. Уолкотт Гиббс написал большое письмо физику Джулиусу Э. Хилгарду, смотрителю береговой охраны США:

«Не можете ли Вы как-нибудь посодействовать, чтоб Майкельсон получил одну из двух имеющихся ва­ кансий на кафедре математики? Рекомендательные письма, содержащие самые блестящие о нем отзывы, давно уже отправлены в соответствующие инстанции. Если он не получит этого назначения, он будет потерян для науки. По-моему, нужно лишь, чтобы президент по­ говорил с министром военно-морского флота, который тянет с решением этого вопроса. Я считаю, что поддер­ жать такого человека и дать ему возможность рабо­ тать — дело государственной важности...».

Прошел год, а ответа все не было. Тогда Майкель­ сон решил дело по-своему. 30 сентября 1881 года, про­ служив в военно-морских силах двенадцать лет и два

46

месяца, он подал прошение об отставке. Решиться на это ему помогло предложение, полученное от только что учрежденной Школы Кейса. Ему предложили пост про­ фессора физики и средства на приобретение оборудова­ ния для его будущей лаборатории. Кроме того, ему был гарантирован оплаченный отпуск на 1881— 1882 учебный

^ г о д для продолжения научных занятий в Европе.

Гюйгенс и Ньютон об эфире

Пребывание в,Европе и встречи с крупнейшими физи­ ками того времени будили мысль. Майкельсон стал все чаще задумываться над основным вопросом теории света, что ни день приобретавшим все большее значение для физики. В те времена полагали, что свет распро­ страняется в «светоносном эфире», который заполняет все пространство и обладает некоторыми свойствами твердого тела, жидкости и газа, не являясь ни одним из них. Однако существует ли этот «светоносный эфир»? Можно ли экспериментально доказать или опровергнуть его существрвание? Это была проблема чрезвычайной важности и сложности, а Майкельсона всегда привлека­ ли сложные проблемы.

Понятие эфира зародилось в то время, когда ученые впервые попытались осмыслить природу света. Автором первой эфирной теории света был голландский матема­ тик, астроном и физик Христиан Гюйгенс, который в 1678 году сделал сообщение об этом во французской Академии наук. Согласно теории Гюйгенса, светящееся тело, например Солнце или пылающий факел, порож­

47

уже установили, что колебания некоторых материаль­ ных предметов, например куска металла или даже атмосферных газов, порождают звук. Например, коле­ бания, вызванные звоном колокола, распространяются во все стороны, как круги по воде от брошенного ка­ мешка. Если бы ударили по колоколу, находящемуся в вакууме, где нет воздуха, в котором распространялись 41 бы колебания, то не было бы и звука. То же происходит и со светом,— говорил Гюйгенс. Однако он признавал, что со светом дело обстоит сложнее. Свет может рас­ пространяться и в вакууме, хотя там, казалось бы, нет материальной среды, способной передавать гипотетиче­ ские волны Гюйгенса. Что же их передает?

Эфир,— отвечал Гюйгенс. Эфир — это та среда, кото­

философы при помощи эфира объясняли движение пла­ нет и других небесных тел; они различали несколько эфиров, занимающих разное положение в пространстве. Аристотель узаконил это понятие и считал его чем-то вроде пятого элемента. «Земля окружена водой,— писал он,— вода — воздухом, воздух — эфиром. Дальше нет ничего».

Исаак Ньютон почти сорок лет ставил опыты и размышлял над природой света. В 1704 году он опубли­ ковал капитальный труд, где дал объяснение многих оптических явлений. Его книга называлась «Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света». В отличие от его знаменитых «Начал», написанных на латинском языке и предназначавшихся для специалистов, эта книга была написана на англий­ ском языке в увлекательной и доходчивой форме и содержала огромный экспериментальный материал.

48