|
||||||||||||
|
||||||||||||
|
|||||||||
МЕНЮ
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Майкельсон Альберт АбрахамМайкельсон Альберт АбрахамСодержание стр.
МАЙКЕЛЬСОН, АЛЬБЕРТ АБРАХАМ (Michelson, Albert Abraham) (1852–1931), американский физик, удостоенный в 1907 Нобелевской премии по физике за создание прецизионных инструментов и выполненные с их помощью спектроскопические и метрологические исследования. Альберт Майкельсон родился 19 декабря 1852 года в польском местечке «Что ты так испугался, малыш?» - спросил золотоискатель: «Хочешь, я тебя развеселю?». Бородач вынул из футляра скрипку и начал играть. Волшебные звуки
очаровали мальчика. Золотоискатель оказался хорошим музыкантом. Он
привязался к Альберту и стал учить его игре на скрипке, а тот старательно
упражнялся и вскоре научился очень неплохо играть. В тринадцать лет
мальчика определили в среднюю школу в Сан-Франциско. Директор поселил его в
своем доме и быстро обнаружил у воспитанника незаурядные способности к
механике. Они были настолько явными, что Альберту поручили ремонт нехитрого
школьного оборудования, за что платили три доллара в месяц. После окончания
школы на семейном совете было решено: надо поступать в Морскую академию. Новоиспеченный кадет успевал по всем предметам весьма средне, за
исключением естественных наук и математики. Он занимался боксом, став В 1873 окончил Военно-морскую академию в Аннаполисе. После выпуска два года плавал на кораблях, а затем был назначен преподавателем физики той же академии. В это время началась научная деятельность Майкельсона. Он словно проснулся. До этого его жизнь была цепочка довольно заурядных событий: служба, спорт, музыка, рисование... Женитьба в 24 года. Что его ждет дальше? Больше всего на свете его интересует физика, и особенно оптика. Первым его успехом было повторение опыта Фуко по измерению скорости
света, при этом точность полученных им результатов долгое время оставалась
непревзойденной. В 1880–1882 он стажировался в университетах Берлина, В 1920 с помощью изобретенного им «звездного интерферометра» провел измерения угловых размеров звезды-гиганта Бетельгейзе. В 1929 он повторил опыт Майкельсона – Морли, добившись еще более высокой точности. Последним его исследованием, завершить которое пришлось ученикам, стало новое измерение скорости света, но уже в вакууме. В 1900–1903 Майкельсон был президентом Американского физического
общества, в 1923–1927 – президентом Национальной академии наук США. Умер II. Об эфирном ветре Создание Максвеллом теории электромагнитного поля поставило перед физикой
новые задачи, одной из которых была проблема применимости принципа
относительности, сформулированного Галилеем в XVII в., к
электродинамическим явлениям. Решение этой проблемы, как указал сам История опыта Майкельсона – Морли изобилует интересными и поучительными
эпизодами. Первый вариант интерферометра был построен немецкими мастерами в При проведении опытов в США все эти обстоятельства были учтены, что резко
повысило точность и достоверность результатов. Именно поэтому выводы III. Об относительном движении Земли и светоносного эфира За открытием аберрации света вскоре последовало ее объяснение на основе
эмиссионной теории. Эффект приписывался простому сложению скорости света со
скоростью Земли на орбите. Трудностей этого кажущегося удовлетворительным
объяснения не замечали до тех пор, пока не было предложено объяснения на
основе волновой теории света. Это новое объяснение было поначалу столь же
простым, как и предыдущее. Но оно оказалось бессильным перед
экспериментально доказанным фактом, что аберрация не меняется, когда
проводятся наблюдения с помощью телескопа, заполненного водой. Согласно Френелю, в волновой теории эфир, во-первых, предполагается находящимся в покое, за исключением внутренности прозрачных сред, в которых, во-вторых, он считается движущимся со скоростью, меньшей скорости среды в отношении (n2 – 1) / n2, где n – коэффициент преломления. Эти две гипотезы дают полное и удовлетворительное объяснение аберрации. Вторая гипотеза, несмотря на ее кажущееся неправдоподобие, должна считаться полностью доказанной, во-первых, замечательным опытом Физо и, во-вторых, нашим собственным исследованием. Экспериментальная проверка первой гипотезы составляет цель настоящей работы. Если бы Земля была прозрачным телом, то, учитывая только что упомянутые эксперименты, вероятно, можно было бы допустить, что межмолекулярный эфир находится в пространстве в покое, несмотря на движение Земли по орбите; но мы не имеем права распространять выводы из этих экспериментов на непрозрачные тела. Однако вряд ли можно сомневаться, что эфир может проходить и действительно проходит через металлы. Лоренц приводит в качестве иллюстрации трубку ртутного манометра. Когда трубка наклонена, эфир, находящийся в пространстве над ртутью, безусловно, выталкивается оттуда, поскольку он несжимаем. (Можно возразить, что он может выходить через пространство между ртутью и стенками; но это можно предотвратить путем амальгамирования стенок.) Но опять-таки мы не имеем права предположить, что он выходит совершенно свободно, и если бы существовало какое-то сопротивление, хотя и слабое, мы не могли бы, конечно, полагать, что непрозрачное тело, такое, как Земля в целом, обеспечивает свободное прохождение эфира через всю эту массу. Но, как удачно отмечает Лоренц, «как бы то ни было, по моему мнению, в этом вопросе, также важном, лучше не позволять себе руководствоваться соображениями, основанными на правдоподобности или простоте той или иной гипотезы, а обращаться к опыту, чтобы научиться узнавать состояние покоя или движения, в котором находится эфир на поверхности Земли. В апреле 1881 г. был предложен и испытан метод для решения этого вопроса. При выводе формулы для измеряемой величины тогда было упущено из виду
влияние движения Земли через эфир на путь луча, перпендикулярного этому
движению. (Здесь можно отметить, что ошибка была указана автору последней
работы А. Потье (Париж) зимой 1881 г.) Обсуждение этого упущения и всего
эксперимента составляет предмет очень глубокого анализа Г.А. Лоренца,
который выяснил, что данным эффектом ни в коем случае нельзя пренебрегать. [pic] Рис. 1. Схема интерферометра Майкельсона Пусть sa (рис. 1а) – луч света, который частично отражается по аb, а
частично проходит по ас и возвращается зеркалами b и c по ba и ca. Луч ba
частично пропускается по ad, и са частично отражается по ad. Тогда, если
пути аb и ас равны, два луча интерферируют вдоль ad. Предположим теперь,
что эфир находится в покое, а весь прибор движется в направлении sc со
скоростью движения Земли по орбите. Направления и расстояния, проходимые
лучами, изменяются так. Луч sa отражается по аb (рис. 1б), причем угол bab1
равен углу аберрации ?, возвращается по ba1 (aba1 = 2?) ? попадает в фокус
зрительной трубы, направление которой не меняется. Пропущенный луч идет по
ас, возвращается по са и отражается в а1, образуя угол са1е. равный 90° – Пусть V – скорость света; v – скорость движения Земли по орбите; D – расстояние аb или ас; Т – время, которое требуется свету для прохождения от а до с, Т1 – время, необходимое свету для возвращения от c к а1 (рис. 1а). Тогда Т = D / (V – v), Т1 = D / (V + v). Полное время движения туда и обратно равно T + T1 = 2D · V / (V2 – v2), и расстояние, пройденное за это время, равно 2D · V2 / (V2 – v2) ? 2D · (1 + v2/V2), если пренебречь членами четвертого порядка. Длина другого пути, очевидно, равна [pic] или с той же точностью 2D · (1 + v2 / V2). Поэтому разность равна D · v2/V2. Если теперь повернуть весь прибор на Первая из названных трудностей была полностью устранена путем установки прибора на массивный камень, плавающий в ртути; вторая же была преодолена посредством увеличения пути света вследствие повторных отражений до величины, почти в десять раз превосходившей первоначальную. [pic] 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 [pic] 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 bd1e1d1bf 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 5 см в диаметре: стекла b и с были плоскопараллельными, одинаковой толщины 1,25 см; их поверхности имели размеры 5,0 х 7,5 см. 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. [pic] 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 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.
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. Кривая 1 соответствует полуденным наблюдениям, кривая 2 – 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. [pic] Рис. 5. Графики результатов наблюдений При учете лишь движения Земли по орбите это смещение должно быть равно 2D 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 Заключение Альберт Майкельсон вошел в историю науки как гений физического
эксперимента, непревзойденный мастер прецизионных измерений. Диапазон
выполненных им работ поразителен v от точнейшего измерения длины световой
волны (порядка 0,5 микрона) до измерения диаметра гигантской звезды Львиную долю своего времени он отдавал научной работе. Но когда на него «Мистер Майкельсон, по-моему, вы совершили ошибку, отказавшись от искусства в пользу науки». Майкельсон пристально посмотрел на собеседницу и произнес: «Но я и не думал отказываться от искусства. Ведь только в науке искусство может найти свое высочайшее выражение». Гении не бывают без странностей. При всей своей любви к живописи После смерти Альберта Майкельсона о нем много говорили и писали. Но,
пожалуй, суть дела лучше всего выразил его великий тезка Альберт Эйнштейн: Некоторые ученые не верят в это до сих пор, находят в опытах Майкельсона Литература 1. Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки. М.: Высш. шк., 1989. – 576 с. 2. Майкельсон А.А. Исследования по оптике. М. – Л., 1928. 3. Майкельсон А.А. Световые волны и их применение. М. – Л., 1934. 4. Биография А. Майкельсона, написанная его дочерью: Livingston Michelson D. The master of light. N. Y., 1973. |
РЕКЛАМА
|
|||||||||||||||||
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА | ||
© 2010 |