книги из ГПНТБ / Фрум К. Скорость света и радиоволн

42

Глава

3

Величина

о

постепенно п а д а е т

при

увеличении

и

е е

с л е д у е т

и с п о л ь з о в а т ь

со

значительной

осторожностью .

Д е й с т в и т е л ь н о ,

эту

величину используют только в т о м случае,

если

е е можно

п р о к о н т р о ­

лировать

э к с п е р и м е н т а л ь н о

для

нескольких

серий

измерений и

если

п о к а з а н о , что

п

для

этих серий

действительно

равно

о

полученно ­

му для

одной

серии .

Н е з а в и с и м о

от

т о г о ,

и с п о л ь з у е т с я

ли

о

или

ат,

предел

ошибки

никогда

не

следует у м е н ь ш а т ь

ниже точности

о т с ч е т а

любого прибора, использованного в и з м е р е н и я х ; иначе применение

формулы

( 3 . 1 8 )

м о г л о

бы

привести

к такой ситуации

( п а р а д о к с а л ь ­

ной), когда,

например,

т о ч н о с т ь

и з м е р е н и я

т е м п е р а т у р ы

± 0 , 0 0 1 ° С

м о ж е т

быть

получена

с

помощью

т е р м о м е т р а ,

имеющего

т о ч н о с т ь

о т с ч е т а т о л ь к о 0 , 1 ° С .

При

р а з у м н о м использовании

а

и а

обеспечивают

полезный

и понятный способ описания точности и воспроизводимости

серии

и з ­

мерений,

но

даже

в

э т о м с л у ч а е

они

не дают

в о з м о ж н о с т и

н е п о с р е д ­

ственно

с р а в н и в а т ь

р е з у л ь т а т ы

различных

и з м е р е н и й .

З а ч а с т у ю э к с ­

п е р и м е н т а т о р

з н а е т ,

что

некоторые

с и с т е м а т и ч е с к и е

ошибки

будут

изменении

направления вращения з е р

к а л а на

обратное .

Одно полное

и з м е р е н и е

в э т о м с л у ч а е п о л у ч а е т с я

п у т е м

усреднения

р е з у л ь т а т о в ,

реднений

з н а ч е н и е

о

будет

меньше,

ч е м

для и з м е р е н и я ,

с о с т о я щ е ­

г о и з

единичного

о т с ч е т а .

Поскольку

р е з у л ь т а т ы измерений

н е в о з м о ж н о

п р е д с т а в и т ь

в

у н и ­

фицированной

форме,

их

можно оценить

лишь

при

критическом

а н а л и ­

з е р а б о т ы в целом,

включая

проведенный э к с п е р и м е н т а т о р о м

у ч е т

ошибок

э к с п е р и м е н т а .

По поводу первых измерений скорости

с в е т а

было

опубликовано

большое

количество

обзоров,

и их а в т о р ы

у к а з ы в а л и то з н а ч е н и е

скорости

с в е т а ,

которое

они

считали

наиболее в е р о я т н ы м . Одним

из

наиболее

с е р ь е з н ы х

я в л я е т с я обзор Дорси

/ 2 5 / ,

однако,

хотя

он

изучил

с о о т в е т с т в у ю щ и е

р а б о т ы

в е с ь м а

детально

и у к а з а л

на

их

н е ­

у д о в л е т в о р и т е л ь н о с т ь

во

м н о г и х

а с п е к т а х ,

окончательное

з н а ч е н и е

скорости

с в е т а ,

данное

им,

было неправильным,

а пределы

ошибок

слишком

м а л ы м и .

Другой обзор,

сделанный

Б и р ж е ,

т а к ж е

привел

к

неправильным

в ы в о д а м .

Эти

обзоры п о к а з ы в а ю т ,

насколько

трудно

оценивать чужие р а б о т ы особенно для

т е х ,

кто с а м

не

и м е л дело с

аналогичными

э к с п е р и м е н т а м и .

П р о с т о е усреднение

в с е х р е з у л ь т а т о в

оптических

измерений,

имеющих

р а з б р о с отдельных

измерений,

не

превышающий

І 2 5 0 к м / с ,

дало

бы

з н а ч е н и е

скорости с в е т а - 2 9 9

8 0 0

к м / с ,

а и з м е р е н и й ,

имеющих

р а з б р о с

не

более

І 7 5

к м / с ,

- з н а ч е н и е

скорости

2 9 9

7 9

2 к м / с .

Хотя

б л и з о с т ь

последнего

р е з у л ь т а т а

к

величине

скорости

с в е т а

2 9 9

7 9 2 , 5

к м / с , принятой

в н а с т о я щ е е

в р е м я ,

о ч е -

Стандарты и точность

измерений

43

видно, случайна,

п р о с т о е усреднение,

б е з у с л о в н о ,

приводит

к

лучшим

р е з у л ь т а т а м ,

ч е м

з н а ч е н и е скорости

с в е т а

2 9 9

7 7 3

І І О

к м / с ,

д а н ­

ное

Дорси, или з н а ч е н и е 2 9 9

7 7 6 -4

к м / с , полученное Б и р ж е .

Т а ­

ким

о б р а з о м ,

р а б о т а а в т о р о в

о б з о р о в ,

н е с м о т р я

на их

т щ а т е л ь н о с т ь ,

т е м

не м е н е е

дала к а к

неправильное

з н а ч е н и е скорости с в е т а ,

т а к и

неправильные

п р е д е л ы

ошибок и з м е р е н и й . В

настоящей

р а б о т е

м ы

б у д е м приводить

р е з у л ь т а т ы

р а б о т ы

в м е с т е

с данными

о р а з б р о с е

о т д е л ь н ы х и з м е р е н и й ,

если т а к о в ы е

публиковались .

В

период

с

1 9 0 8

по

1 9 4 0

г .

был проведен

ря д в а ж н ы х

и з м е ­

рений, и, х о т я увеличение

т о ч н о с т и

при

э т о м было

н е з н а ч и т е л ь н ы м ,

они

в ы з в а л и

появление новых

м е т о д о в ,

к о т о р ы е привели

з а т е м

к

з а ­

м е т н о м у увеличению

т о ч н о с т и .

Дв а

п е р в ы х

и з м е р е н и я , к о т о р ы е

будут

р а с с м о т р е н ы ,

были

проведены

М а й к е л ь с о н о м

/ 6 7 /

и

М а й к е л ь с о н о м ,

П и з о м и Пирсоном

/ 6 ' 8 / . М а й к е п ь с о н

с л е д о в а л

идее,

выдвинутой

р а ­

нее

Ньюкомбом,

применив

в э к с п е р и м е н т а х

в р а щ а ю щ е е с я

з е р к а л о

с

несколькими отражающими п о в е р х н о с т я м и .

С к о р о с т ь вращения

з е р к а ­

ла подбиралась

т а к и м

о б р а з о м ,

чт о с в е т ,

отраженный

о т

одной

п о ­

верхности,

в о з в р а щ а л с я к

следующей . При

э т о м небольшое

с м е ш е н и е

и з м е р я е м о г о

и з о б р а ж е н и я

в с е

же

имело

м е с т о , однако в р е м я

р а с п р о ­

странения

с в е т а

почти

р а в н я л о с ь

в р е м е н и

1/п ч а с т и

полного

о б о р о ­

т а з е р к а л а , г д е

п

-

число ег о

отражающих

п о в е р х н о с т е й .

Т о ч н о с т ь

у с т а н о в к и

з а в и с и т

от

точности

фиксации

положения

и з о б р а ж е н и я ,

ка к

и в

п е р в о н а ч а л ь н о м

м е т о д е

Фуко,

но

величина

ошибки

при

н а с т р о й к е

у с т а н о в к и

на

нулевое

или

близкое

к нулю

с м е щ е н и е и з о б р а ж е н и я

в

общем

с л у ч а е м е н ь ш е ,

че м при

н е п о с р е д с т в е н н о м

и з м е р е н и и

у к а з а н ­

ного

с м е щ е н и я .

С и с т е м а т и ч е с к и е

ошибки в э т о м

с л у ч а е ,

в е р о я т н о ,

т а к ж е

будут

м е н ь ш е .

В

п о с л е д н е м и з м е р е н и и ,

проведенном

в

1 9 3 5

г .

с о в м е с т н о

с

П и з о м

и

Пирсоном,

М а й к е л ь с о н

и с п о л ь з о в а л

подобное

м н о г о г р а н н о е

з е р к а л о ,

но пропускал

световой

луч ч е р е з

откачанную

т р у б у

длиной

в одну

милю,

с

т е м

ч т о б ы у с т р а н и т ь

влияние

п о к а з а т е л я

п р е л о м л е ­

ния

а т м о с ф е р ы .

В т о

в р е м я

эт о

было

довольно

з н а ч и т е л ь н ы м

и н ж е ­

н е р н ы м д о с т и ж е н и е м ,

однако

с о м н и т е л ь н о ,

привело

ли эт о

к

у л у ч ш е ­

нию

точности

р е з у л ь т а т а ,

т а к

ка к

поправка

на

п о к а з а т е л ь

п р е л о м л е ­

ния

ни в

к о е м с л у ч а е

не

я в л я е т с я

основным

источником

ошибки. Б о ­

л е е

фундаментальный

шаг по пути улучшения точности измерений был

сделан

Каролюсом

и М и т т е л ь ш т а д т о м

/ 5 7 / .

При

р а с с м о т р е н и и

п е р в о н а ч а л ь н о г о

э к с п е р и м е н т а

Физо,

в

котором

прерывание с в е т а о с у щ е с т в л я л о с ь

п о с р е д с т в о м

з у б ч а т о г о

к о л е с а ,

с т а н о в и т с я

я с н ы м ,

что т о ч н о с т ь

определения ч а с т о т ы

вращения

к о л е ­

с а м о ж е т

б ы т ь

в ы р а ж е н а

ч е р е з

величину,

з а в и с я щ у ю

от

числа

з у б ­

цов,

пересекших

путь

с в е т а .

Е с л и

э т а ч а с т о т а

или

п у т ь

р а с п р о с т р а -

Оптические,

методы

(1908

-

1940

гг.)

45

нения

с в е т а у в е л и ч и в а ю т с я

т а к , что возвращающийся

с в е т

п о п а д а е т

не на

следующий,

а на

п-

й

зубец,,

то

т о ч н о с т ь

измерений

при

о с ­

т а л ь н ы х равных

у с л о в и я х

у в е л и ч и в а е т с я

в

п

р а з . Увеличение

пути

р а с п р о с т р а н е н и я

с в е т а

ограничено у м е н ь ш е н и е м

интенсивности

с в е т а ,

п о э т о м у Каролюс

пошел по

пути увеличения ч а с т о т ы .

Он

о т к а з а л с я

о т м е х а н и ч е с к и х

м е т о д о в

и и с п о л ь з о в а л

для

модуляции

и н т е н с и в н о с ­

ти с в е т а электрооптический

эффект,

применив

в

к а ч е с т в е м о д у л я т о р а

ячейку

Керра .

Б л а г о д а р я

э т о м у

он

с м о г

р а б о т а т ь при

ч а с т о т е

м о д у ­

ляции

порядка

1 0

МГц, что

н а м н о г о больше ч а с т о т ы

1 0

кГц,

и с п о л ь ­

зованной М а й к е л ь с о н о м

с

с о т р у д н и к а м и .

Однако

и з м е р е н и я

были

п р о ­

в е д е н ы и м

на

з н а ч и т е л ь н о

б о л е е к о р о т к о м

расстоянии

( 4 0

м

по

сравнению

с 1 6

к м у М а й к е л ь с о н а ) , в

с в я з и

с

ч е м т о ч н о с т ь

и з м е ­

рения

о к а з а л а с ь

примерно

той

ж е .

П о - в и д и м о м у ,

Каролюс

и м е л

н а ­

м е р е н и е увеличить

р а с с т о я н и е

до 3

к м ,

но э т о т

м е т о д не

был

и с ­

п о л ь з о в а н

на

больших

р а с с т о я н и я х

в п л о т ь

до

р а б о т ы

Б е р г ш т р а н д а .

Аналогичная м е т о д и к а

для сравнительно

б о л е е коротких

расстояний

была и с п о л ь з о в а н а

Андерсоном

/ 1 ,

2 /

и

Х ю т т е л е м , при

э т о м

д о с т и г ­

нутая

т о ч н о с т ь

была примерно

той

ж е .

1 . И з м е р е н и я М а й к е л ь с о н а в 1 9 2 4 - 1 9 2 6 г г .

В

этих

и з м е р е н и я х

а п п а р а т у р а

р а з м е щ а л а с ь

с и м м е т р и ч н о ,

к а к

э т о п о к а з а н о

на

рис . 4 . 1 ;

т а к о е р а з м е щ е н и е

в с е г д а выгодно т е м ,

что при э т о м

и с к л ю ч а е т с я

ряд

в о з м о ж н ы х

с и с т е м а т и ч е с к и х

ошибок.

С в е т

от

дуги Сперри,

расположенной

позади

щели

S,

о т р а ж а л с я от

одной

и з

поверхностей

вращающейся

п р и з м ы

R

к

плоским

з е р к а л а м

Ь

и.

с,

з а т е м

к в о г н у т о м у

з е р к а л у

М^, к о т о р о е

обеспечивало

п о ­

лучение

п а р а л л е л ь н о г о

пучка

с в е т а .

Э т о т

пучок

п е р е д а в а л с я

на

р а с ­

с т о я н и е

3 5 к м

( о т г о р ы

Вильсон к

г о р е

С а н

Антонио)

к з е р к а л у

М2.

В озвра щаю щ и й с я луч

о т р а ж а л с я

от з е р к а л а

Д/,

к п л о с к и м

з е р -

46

Глава

4

к а л а м

с '

и

Ь ', от них к противоположной

поверхности

в р а щ а ю щ е й ­

с я п р и з м ы

и

з а т е м

к г л а з у

наблюдателя,

н а х о д я щ е г о с я

в т о ч к е

О.

Положение

изображения

определялось

с

помощью

м и к р о м е т р а .

З е р к а л о

приводилось

во

вращение

воздушной

турбиной с

такой

с к о р о с т ь ю ,

при которой

з е р к а л о

поворачивалось

на одну

отражающую

поверхность

з а

в р е м я распространения

с в е т а . При э т о м

изображение

о с т а в а л о с ь

почти в

т о м же

положении,

что и при п о к о я щ е м с я

з е р к а ­

л е . Положение изображения

о п р е д е л я л о с ь

при вращении

з е р к а л а

в о д ­

ном,

а з а т е м

с

той ж е с к о р о с т ь ю в противоположном

направлении.

Е с л и

а,

и

а 2

- м а л ы е

смещения

изображения,

т о

удвоенное

с м е ­

щение

о т р а ж е н н о г о

изображения равно

2ф

-

тг/4 -

Ц

+ а 2 ) / 4

=•

innD/c,

г д е

D -

длина

с в е т о в о г о

пути,

п

-

число

оборотов

з е р к а л а

з а

1 с

и с - с к о р о с т ь с в е т а .

Т а к и м о б р а з о м ,

с

=

і б п о / а

-

ß),

г д е

ß =

(а,

+ а2)/тт.

У г о л

( а , + а2

) был

порядка

0 , 0 0 2 .

Р а с с т о я н и е и з м е р я л о с ь

Б е р е г о ­

вой

г е о д е з и ч е с к о й

службой

США с

вероятной погрешностью

0,5* 1 0 ~ 6 ,

с к о р о с т ь

вращения

з е р к а л а

о п р е д е л я л а с ь с т р о б о с к о п и ч е с к и м

м е т о д о м .

Небольшое

з е р к а л о ,

прикрепленное

к

вилке

электрически

в о з б у ж д а е ­

вращения

с т а б и л и з и р о в а л а с ь с

помощью

р е г у л я т о р а , с

т е м ч т о б ы

получить

стационарную

картину

в т е ч е н и е нескольких

секунд,

к о г д а

и з м е р я л о с ь положение

изображения . Эт а

с к о р о с т ь

р а в н я л а с ь 5 3 0 о б / с ,

что для в о с ь м и г р а н н о г о

з е р к а л а давало

ч а с т о т у

модуляции

4 2 4 0 Гц.

Ч а с т о т а

к а м е р т о н а

р а в н я л а с ь 1 3 2 , 2 5 Гц, т . е . 1 / 3 2

ч а с т о т ы

м о д у л я ­

ции.

Эта

ч а с т о т а 1 3 2 , 2 5

Гц и з м е р я л а с ь

в

единицах периода

к о л е ­

баний

в с п о м о г а т е л ь н о г о

м а я т н и к а , который

в свою

очередь

с р а в н и ­

в а л с я с м а я т н и к о м - с т а н д а р т о м .

Предварительный р е з у л ь т а т

измерений

дал

с 0

= 2 9 9

8 2 0

к м / с

с п р е д п о л а г а е м о й

т о ч н о с т ь ю около 3 0 к м / с . Поправка

з а с ч е т п о ­

к а з а т е л я

преломления в о з д у х а

о к а з а л а с ь

слишком

большой

и

п о з д н е е

М а й к е л ь с о н и з м е н и л у к а з а н н о е з н а ч е н и е на 2 9 9 8 0 2 к м / с . Д а л ь ­

нейшие серии измерений были проделаны в

1 9 2 5 г . с

помощью в

основном

той ж е техники, но с улучшенным

м е х а н и з м о м

и з м е р е н и я

в р е м е н и .

К а м е р т о н у п р а в л я л с я

электронной

лампой

и с р а в н и в а л с я

непосредственно со с т а н д а р т н ы м м а я т н и к о м . Б о л ь ш а я

с е р и я

и з м е -

Оптические методы (1908 - 1940

гг.)

47

рений

с и с п о л ь з о в а н и е м

д в е н а д ц а т и -

и ш е с т н а д ц а т и г р а н н ы х

з е р к а л

была проведена

в

т е ч е н и е

1 9 2 6

г . ,

и

было

определено

окончательное

з н а ч е н и е

скорости

с в е т а

2 9 9

7 9 6

±

4 к м / с .

Р а з б р о с

о т д е л ь н ы х

и з ­

мерений,

к а ж д о е и з

которых

являлось

средним

для

некоторого числа

н а с т р о е к

установки,

с о с т а в и л

около

6 0

к м / с ,

и

никаких

попыток

оценить с и с т е м а т и ч е с к и е

ошибки

не

было

сделано .

П о э т о м у

п р и в е д е н ­

ный

п р е д е л

ошибки

с л е д у е т

р а с с м а т р и в а т ь

как

оптимистический . Т е м

не

м е н е е

внутренняя с о г л а с о в а н н о с т ь

р е з у л ь т а т о в з а с т а в л я е т

п р е д ­

положить,

что

э т о

было

лучшее и з м е р е н и е

М а й к е л ь с о н а ,

и,

как

м ы

т е п е р ь

з н а е м ,

э т о т

р е з у л ь т а т

в е с ь м а

близок

к

значению

скорости

с в е т а ,

принятому в

н а с т о я щ е е

в р е м я .

2 .

М а й к е л ь с о н ,

Пиэ

и

Пирсон

/ 6 8 /

Это решающее и з м е р е н и е было предложено и спланировано

М а й -

кельсоном, который

у м е р

в

1 9 3 1

г . ,

когда

из

2 3 3

серий

измерений

было проделано т о л ь к о

3 6 .

Эти

и з м е р е н и я

проводились

при

п о д д е р ж ­

ке

Ч и к а г с к о г о

у н и в е р с и т е т а ,

обсерватории

М а у н т

Вилсон,

р о к ф е л л е р -

с к о г о

фонда

и

корпорации

К а р н е г и .

На

ранчо

Ирвин

был

выбран

р о в ­

ный

у ч а с т о к ,

г д е Б е р е г о в а я

г е о д е з и ч е с к а я

служба

США

у с т а н о в и л а

новую базовую _.линию и

трижды и з м е р и л а

е е

длину.

Б о л ь ш а я

ч а с т ь

с в е т о в о г о

пути

проходила

внутри

т р у б ы

длиной

1,6

к м

и

д и а м е т р о м

1

м , сделанной

и з

листов

стали

" А р м к о "

шириной

0,7

м ,

с в е р н у т ы х

в т щ а т е л ь н о

с в а р е н н ы е

м е ж д у

собой

секции

длиной

по

1 8

м к а ж д а я .

Д а в л е н и е

в

этой

т р у б е

поддерживалось

в п р е д е л а х

0 , 5 - 5 , 5

м м

р т .

с т .

в з а в и с и м о с т и

от

величины

т е ч и . О п т и ч е с к а я

с и с т е м а ,

в

основном

т а к а я

ж е ,

к а к и с п о л ь з о в а н н а я

р а н е е ,

была

модифицирована

т а к ,

ч т о ­

бы

направить

с в е т

в трубу

и о б е с п е ч и т ь

с

помошью

м н о г о к р а т н ы х

отражений

длину с в е т о в о г о

пути

1 2 , 8

или

1 6

к м .

С х е м а

установки

п о к а з а н а

на

рис .

4 . 2 .

Е с л и

з е р к а ­

ло

не

в р а щ а е т с я ,

то

уходящий

и

возвращающийся

лучи

с в е т а

о т р а ж а ю т с я

от

одной

и

той

ж е ,

а

не

от

п р о т и ­

воположных

поверхностей

з е р к а л а ,

как

э т о

было

р а н е е .

С к о р о с т ь

вращения

э т о г о

з е р к а л а ,

к а к

и

прежде,

и з м е р я л а с ь

с

помощью

стробоскопической

картины,

о б р а з у е м о й

с в е т о м ,

о т р а ж е н ­

н ы м

от вращающейся с и с т е м ы

и

вилки

к а м е р т о н а .

Ч а с т о т а

к о л е б а ­

ний

э т о г о

к а м е р т о н а

о п р е д е л я л а с ь з а т е м

стробоскопически

при

п о м о ­

щи

м а я т н и к о в ы х

ч а с о в .

Ч а с т о т у

колебаний

м а я т н и к а

находили

с

п о ­

мощью

хронометра,

который

в

свою

о ч е р е д ь

калибровался

по

с и г н а ­

л а м

в р е м е н и . Т а к и м

о б р а з о м ,

э т о т

процесс

был

довольно

с л о ж н ы м

и

должен был приводить к н е к о т о р ы м ошибкам . Однако э т о не

м о г л о

объяснить

расхождение

в

полученных

р е з у л ь т а т а х .

48

Глава

5

А в т о р ы приводят

э т и р е з у л ь т а т ы во

в с е х

д е т а л я х . Б ы л о

п р о в е ­

дено

2 3 3

серии

измерений,

к а ж д а я

и з

к о т о р ы х с о с т о я л а

примерно

и з 1 0

о т д е л ь н ы х

и з м е р е н и й .

Р а з б р о с

средних

значений

для

э т и х

с е ­

рий

с о с т а в л я л

в с е еще около

1 0 0

к м / с ,

хотя

большинство

р е з у л ь т а ­

т о в

с т о ч н о с т ь ю

+ 2 5

к м / с совпадало

с

о к о н ч а т е л ь н ы м средним

з н а ­

ч е н и е м .

А в т о р ы у к а з ы в а ю т ,

что, х о т я

э т о с р е д н е е з н а ч е н и е

равно

2 9 9

7 7 4

± 1 1

к м / с ,

средние з н а ч е н и я

р а з н ы х

групп измерений

р а з ­

личались

на величину,

которую н е л ь з я

объяснить .

3 .

Каролюс

и М и т т е л ь ш т а д т

/ 5 7 /

Каролюс и

М и т т е л ь ш т а д т

проанализировали

два способа

и с п о л ь ­

з о в а н и я

ячейки

Керра

в к а ч е с т в е с в е т о в о г о

з а т в о р а .

Эта

ячейка

с о ­

с т о и т

и з

двух

э л е к т р о д о в ,

погруженных

в ж и д к о с т ь ,

например

в

н и ­

т р о б е н з о л . При

подаче

в ы с о к о г о

напряжения

на

э л е к т р о д ы

п л о с к о п о -

ляризованный луч с в е т а , входящий в

ячейку,

п р е о б р а з у е т с я

в

э л л и п т и ­

ч е с к и - п о л я р и з о в а н н ы й ,

т а к

к а к в этой ячейке, обладающей

двойным

лучепреломлением, в о з н и к а е т

р а з н о с т ь

фаз м е ж д у

параллельной и

перпендикулярной

по

отношению

к э л е к т р и ч е с к о м у

полю

к о м п о н е н т а ­

ми

с в е т о в о г о луча .

С д в и г фазы

пропорционален

к в а д р а т у

н а п р я ж е н ­

ности

э л е к т р и ч е с к о г о

поля

и м о ж е т

б ы т ь в ы р а ж е н

формулой

ф=2ттВ1Е2,

(4.1)

г д е

В

-

постоянная

Керра,

I -

длина

э л е к т р о д о в

в

направлении

р а с п р о с т р а н е н и я

с в е т о в о г о

луча,

Е

- напряженность

поля

м е ж д у

н и ­

м и .

В

одном и з

в а р и а н т о в

п е р е д

ячейкой с т а в и т с я

в

к а ч е с т в е

п о л я ­

р и з а т о р а

п р и з м а

Николя NЛ,

а п о с л е

ячейки

-

а н а л и з а т о р

в

виде

другой

п р и з м ы

Николя

/Ѵ2

(рис .

4 . 3 ) .

Падающий с в е т

п о л я р и з у е т с я

Оптические измерения (1900 — 1940 гг.)

49

под у г л о м 4 5 ° к направлению поля. Интенсивность выходящего

с в е ­

т а о п р е д е л я е т с я в ы р а ж е н и е м

Обычно к

ячейке п р и к л а д ы в а е т с я

к а к постоянное, т а к

и п е р е м е н ­

ное

напряжение такой

величины,

ч т о б ы

ячейка р а б о т а л а

в

удобной,

близкой к

линейной ч а с т и е е

х а р а к т е р и с т и к и

по

напряжению,

как

э т о

п о к а з а н о

на

р и с .

4 . 4 . О т р а ж е н н ы й луч

проходит

ч е р е з второй

с в е т о ­

вой

з а т в о р , состоящий

и з ячейки

Керра

К2,

действующей

точно

в

фазе с ячейкой X , , и

п р и з м ы

Николя

/Ѵ3. Количество с в е т а , п р о х о ­

дящего

ч е р е з

э т о т з а т в о р , з а -

|

висит

о т

ф а з ы о т р а ж е н н о г о

луча и

и м е е т

минимальную

величину

для

определенного

з н а ч е н и я

ч а с т о т ы

модуляции

с в е т а , к а к и в п е р в о н а ч а л ь ­

ном э к с п е р и м е н т е

Фиэо.

Пред ­

в а р и т е л ь н ы е и з м е р е н и я , и с ­

пользующие минимум

с в е т а

п е р в о г о порядка,

дали

т о ч ­

н о с т ь

1 % . Д а л е е

было

р е ш е ­

но

и з м е н и т ь

оптическую

ч а с т ь

у с т а н о в к и

с

целью у м е н ь ш е ­

ния

з а в и с и м о с т и

р е з у л ь т а т о в

о т

интенсивности

источника

с в е т а .

Второй

николь

N2

был

Р и с . 4.4.

исключен,

к а к

п о к а з а н о на рис . 4 . 5 ,

и

с в е т ,

приходящий

к ячейке £

о с т а в а л с я с о о т в е т с т в е н н о

э л л и п т и ч е с к и - п о л я р и з о в а н н ы м .

Ячейка

К2

была повернута

на

у г о л 9 0 °

по

отношению

к ячейке

с т е м ,

ч т о ­

бы

получить

противоположную

поляризацию с в е т а

и п р е о б р а з о в а т ь

е г о т а к и м

о б р а з о м снова

в плоскополяриэованный

луч . Николь

N

перпендикулярен к

/V,, и

с в е т

не

доходит до

наблюдателя,

когда

ч а с -

50

Глава 5

т о т а

модуляции т а к о в а , что световой путь с о с т о и т из целого числа

длин

волн .

Генератор,

вырабатывающий

напряжение,

п о д а в а е м о е

на

ячейку

Керра,

должен

быть достаточно

мощным,

чтобы

можно

было

и с п о л ь ­

з о в а т ь

большой

з а з о р

между

э л е к т р о д а м и ,

пропускающий

д о с т а т о ч н о е

к о л и ч е с т в о

с в е т а . Практически

и с п о л ь з о в а л с я

з а з о р

2,5

м м

при п е ­

р е м е н н о м

напряжении

2 0 0 0

В и постоянном

напряжении

смещения

6 0 0 0

В . Ч а с т о т ы модуляции

лежали в

п р е д е л а х

от

3,5

до 7 , 2 МГц

при

длинах

с в е т о в о г о

пути

около

2 5 0

и

3 3 0

м,

с в е т о в ы е

минимумы

были 3,

4 ,

5

и

8 - г о

порядков .

Ч а с т о т а модуляции и з м е р я л а с ь

п у т е м

е е

сравнения

с

обертоном

к а м е р т о н а ,

имеющего

ч а с т о т у колебаний

2 5 0 6 , 5

или

2 5 1 1 , 5

Гц, и

о п р е д е л я л а с ь

с

точностью

1 ' 1 0 - 5

в

единицах

с т а н д а р т а в р е м е н и .

Эксперимент проводился в коридоре длиной

4 0

м,

причем

б о л ь ­

шая

длина

с в е т о в о г о

пути

о б е с п е ч и в а л а с ь

б л а г о д а р я

использованию

м н о г о к р а т н ы х

отражений .

Р а с с т о я н и е и з м е р я л о с ь

с

помощью

с т а л ь ­

ной

проволоки,

находящейся

под н а т я ж е н и е м 2 0

кг,

к о т о р а я

к а л и б р о ­

в а л а с ь

в

единицах с т а н д а р т а

длины.

В с е г о

было

проведено

7 5 5

и з ­

мерений,

давших

р е з у л ь т а т

2 9 9

7 7 8 ± 2 0

к м / с ; р а з б р о с

отдельных

измерений

с о с т а в и л ± 2 4 0

к м / с , а

средняя

ошибка единичного

и з ­

м е р е н и я

была

± 1 0 0

к м / с . Р а з б р о с

с р е д н е г о

значения

для 5

серий

измерений

при различных

ч а с т о т а х

модуляции

с в е т а , р а с с т о я н и я х

или

н о м е р а х

порядка

был 3 1

к м / с . Интересно

о т м е т и т ь ,

что

серия,

которую а в т о р ы на основании своих измерений

р а с с м а т р и в а л и

как

наиболее

точную, дала р е з у л ь т а т ,

наиболее далекий

от

скорости

с в е ­

т а ,

которая в

н а с т о я щ е е в р е м я

с ч и т а е т с я

правильной .

Хотя

поправки

на п о к а з а т е л ь

преломления

воздуха

и

на

р а с п р о с т р а н е н и е

с в е т а

ч е ­

р е з с т е к л о

и нитробензол ячейки Керра были

в в е д е н ы ,

однако

н и к а ­

ких

упоминаний

о поправке

на

групповую

с к о р о с т ь не

было

с д е л а н о .

Т а к

как

в

э т и х э к с п е р и м е н т а х

и с п о л ь з о в а л с я

модулированный

луч

с в е т а ,

т о в них

и з м е р я л а с ь

именно

г р у п п о в а я

с к о р о с т ь

с в е т а ,

п о ­

э т о м у следовало

в в е с т и поправку

около

6

к м / с

/ 2 / ,

к о т о р а я

у в е л и ­

чила

у к а з а н н о е

выше

значение

скорости

с в е т а

до 2 9 9

7 8 4 к м / с .