§ 63. ПОПЫТКИ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭФИРНОГО ВЕТРА

Вопрос о возможности обнаружения движения относительно эфира стал обсуждаться еще в первой половине прошлого века, т. е. до создания Максвеллом электромагнитной теории света. Возник этот вопрос в оптике, где к тому времени на смену корпускулярной теории света Ньютона пришли волновые представления Гюйгенса — Френеля, согласно которым свет рассматривался как возмущение в эфире, распространяющееся в нем наподобие волн в твердом теле. Из многочисленных экспериментов, касающихся проверки «эфирной» концепции, мы остановимся лишь на двух — опытах А. И. Физо и А. Майкельсона.

Опыт Физо был поставлен в 1851 г., т. е. до появления теории Максвелла, с целью обнаружить возможное увлечение светоносного эфира движущимся телом. Схема опыта следующая (рис. 63.1). Световой луч от источника с помощью полупрозрачной посеребренной пластинки а расщепляется на два луча,

Рис. 63.1

которые системой зеркал направляются по замкнутому пути навстречу один другому. На этом пути световые лучи проходят водяной поток, движущийся со скоростью и на выходе образуют интерференционную картину

На опыте обнаруживается смещение интерференционных полос в зависимости от скорости потока что соответствует частичному увлечению эфира водой. При этом скорость света в движущейся воде оказывается равной

где скорость света в неподвижной воде ее показатель преломления). Формула (63.1) и, в частности, выражение для коэффициента увлечения

были теоретически выведены Френелем, исходившим из представлений об эфире как непрерывной среде, заполняющей все тела с плотностью, пропорциональной В связи с этим а назван коэффициентом увлечения Френеля.

(см. скан)

Как видно, опыт Физо позволяет определить скорость среды по отношению к прибору (в данном случае — интерферометру), но не по отношению к неподвижному эфиру. Позднее Лоренц показал, что во всех опытах первого порядка, в которых наблюдаемый эффект пропорционален скорости измерить скорость эфирного

Рис. 63.2

Рис. 63.3

ветра невозможно. Такое измерение можно провести лишь в опытах второго порядка, в которых наблюдаемый эффект пропорционален Классическим примером последних является знаменитый опыт Майкельсона.

Опыт Майкельсона впервые был поставлен в 1881 г., а затем повторялся в 1887 г. и (рис. 63.2). Измерения проводились с помощью специально сконструированного для этого опыта интерферометра Майкельсона, располагавшегося вместе с источником света на массивной каменной плите, плавающей в ванне со ртутью. Если у—скорость движения Земли относительно эфира, то вращением плиты можно так ориентировать интерферометр, чтобы либо плечо либо плечо было направлено вдоль Луч света, испускаемый источником 5, с помощью полупрозрачной пластинки а расщепляется на два луча, которые после отражения от зеркал вновь возвращаются к пластинке и, взаимодействуя, образуют интерференционную картину

Если плечо ориентировано вдоль скорости то, следуя «эфирной» концепции, нетрудно рассчитать время которое требуется второму лучу для прохождения плеча туда и обратно:

Время требующееся первому лучу для прохождения плеча туда и обратно, легко находится из рассмотрения треугольника (рис. 63.3). Длина основания этого треугольника равна смещению пластинки а за время т. е. и поэтому длина боковой стороны равна Так как свет следует вдоль траектории длиной то

Теперь легко можно подсчитать разность определяющую вид интерференционной картины:

Если же вдоль скорости ориентировать плечо то лучи 1 и 2 поменяются местами и получится другая разность

в результате чего интерференционная картина изменится. При длине волны X света смещение интерференционных полос определяется изменением разности хода лучей (в долях X)

Для оценки разумно предположить, что скорость порядка скорости движения Земли вокруг Солнца, т. е. В таком случае

В первом опыте Майкельсона сумма дайн плеч интерферометра составляла а в последующих — еще больше. Поэтому для из (63.8) следует, что Такое смещение интерференционных полос может быть надежно зарегистрировано визуально, однако в опытах оно не наблюдалось. Таким образом, эфирный ветер обнаружить не удалось, что послужило основанием дня сомнений в справедливости «эфирной» концепции.