Введение I . Жизнь и творчество А.А. Майкельсона II Об эфирном ветре III . Об относительном движении Земли и светоносного эфира Заключение Литература Введение
Альберт Майкельсон Майкельсон (Michelson) Альберт (19.XII.1852–9.V.1931). Американский физик. В 1878–82 и 1924–26 провел измерения скорости света, долгое время остававшиеся непревзойденными по точности. В 1881 экспериментально доказал и совместно с Э. У. Морли (1885–87) подтвердил с большой точностью независимость скорости света от скорости движения Земли. Эти работы явились экспериментальным обоснованием специальной теории относительности. В своем опыте Майкельсон применил изобретенный им интерферометр, с помощью которого в 1892–93 провел измерения спектральных линий различных элементов. Предложил в качестве эталона длины взять длину волны красной линии кадмия. Построил спектральный прибор сверхвысокой разрешающей силы. В последние годы жизни занимался определением угловых диаметров звезд, для чего создал звездный интерферометр. Нобелевская премия (1907) за созданные им оптические приборы и проведенные с их помощью исследования I . Жизнь и творчество А.А. Майкельсона
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 Стрельно, принадлежавшем в то время Германии (ныне Стшельно, Польша). Когда ребенку исполнилось два года, семья эмигрировала в Америку. Отец Альберта, Сэмюэль Майкельсон, владевший в Стрельно небольшим галантерейным магазином, сначала работал ювелиром в Нью-Йорке, затем переехал с семьей к своей сестре в Калифорнию. Это был период калифорнийской "золотой лихорадки". Толпы золотоискателей и веселых бродяг, шумных торговцев и отчаянных головорезов составляли население "лагеря Мэрфи", где Сэмюэль открыл маленькую галантерейную лавочку. Однажды в лавку зашел бородатый золотоискатель с черным футляром под мышкой. Притаившийся в углу Альберт со страхом глядел на заросшее лицо незнакомца « 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. Она давала прекрасное образование, возможность блестящей карьеры и, что было немаловажно для небогатой многодетной семьи, государственное содержание со стипендией 500 долларов в год Новоиспеченный кадет успевал по всем предметам весьма средне, за исключением естественных наук и математики. Он занимался боксом, став "первой перчаткой" академии в легком весе, фехтованием, теннисом и рисованием. Отслужив два обязательных года морской службы на нескольких кораблях, Майкельсон получил предложение преподавать физику и химию в академии. И с радостью согласился 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, Гейдельберга, Парижа. Работая в Берлине у Гельмгольца, заинтересовался проблемой обнаружения «эфирного ветра» и для проведения соответствующего эксперимента сконструировал интерферометр, названный впоследствии его именем. С его помощью провел измерения спектральных линий различных элементов, однако ответа на основной интересовавший его вопрос не получил из-за недостаточной точности установки. В 1883 вернулся на родину, до 1889 был профессором Школы прикладных наук в Кливленде. Здесь он провел важное исследование распространения света в сероуглероде, подтвердившее теорию Рэлея о связи между групповой и фазовой скоростями, а затем решил вернуться к опытам, начатым в Европе. Совместно с Э.Морли создал новый интерферометр, позволявший достичь необходимой точности, и в 1887 получил результат, который английский ученый Дж.Бернал назвал «величайшим из всех отрицательных опытов в истории науки». Этот опыт стал фундаментальным подтверждением специальной теории относительности. В 1889–1892 Майкельсон работал профессором университета Кларка в Вустере (шт. Массачусетс), затем до 1929 – профессором Чикагского университета. В 1890-е годы он решил важную метрологическую задачу: провел измерение эталона метра в единицах длины волны излучения кадмия. В эти же годы, заинтересовавшись звездной спектроскопией, изобрел спектральный прибор высокой разрешающей способности – «эшелон Майкельсона» 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 Майкельсон в Пасадене (шт. Калифорния) 9 мая 1931
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 Максвелл, могло быть получено при исследовании относительного движения Земли и «светоносного» электромагнитного эфира, который в теории Максвелла заменил упругий (механический) эфир Юнга – Френеля. Если бы существовал эфир, то его можно было бы принять за абсолютную систему отсчета, что означало бы отказ от принципа относительности. К моменту создания теории электромагнитного поля уже имелись наблюдения и эксперименты (наблюдения аберрации света, опыты Физо по исследованию распространения света в движущейся воде и др.), результаты которых позволили высказать определенные гипотезы о свойствах эфира. Однако непосредственные доказательства существования эфира мог дать только прямой эксперимент. Идею такого опыта сформулировал еще Максвелл, предложивший использовать в качестве движущегося тела Землю, которая перемещается по орбите со скоростью v ? 30 км/с. Однако Максвелл справедливо указал, что основная трудность в постановке этого эксперимента состоит в том, что он должен быть опытом «второго порядка», т.е. в нем требуется зафиксировать величину, пропорциональную квадрату отношения скорости Земли к скорости света с : v / c ? 10 –8 (это обстоятельство обусловлено замкнутостью пути света во всех подобных опытах, проводимых на Земле). Столь высокая точность, уникальная для экспериментальной физики XX в., была достигнута в опытах американских ученых А. Майкельсоном и Э. Морли История опыта Майкельсона – Морли изобилует интересными и поучительными эпизодами. Первый вариант интерферометра был построен немецкими мастерами в Берлине на средства, предоставленные изобретателем телефона американцем А. Беллом. Неудача европейского цикла исследований Майкельсона была связана с тем, что прибор оказался чрезвычайно чувствительным к вибрациям, которые не удавалось устранить даже при помещении его в глубокий подвал знаменитой Потсдамской обсерватории. Кроме того, в первом варианте интерферометра, где использовалась одна пара зеркал, оптическая длина пути световых лучей была слишком малой, вследствие чего ожидаемый эффект оказывался на грани точности измерений. К тому же в первой публикации, посвященной поиску «эфирного ветра», Майкельсон сделал одну довольно элементарную теоретическую ошибку... При проведении опытов в США все эти обстоятельства были учтены, что резко повысило точность и достоверность результатов. Именно поэтому выводы Майкельсона и Морли остались незыблемыми и после множества повторений опыта, проведенных с конца XIX в. до наших дней
