Atsukovsky_Ether_2011

Р.Дж.Кеннеди, 1926 г.

чивающие свободное вращение, но не пропускающие воздух. По- сле того как зеркала были предварительно выставлены, крышка осторожно устанавливалась на место, герметизируя плиту, а затем пространство под крышкой заполнялось гелием.

Схематически расположение частей интерферометра показано на рис. 11.2. Луч практически плоско- параллельного однородного света плоско поляризуется так, что его электрический вектор лежит в плоскости рисунка, двигается впра- во и падает на зеркало M3 под уг- лом поляризации для данной длины волны. На верхней поверхности луч расщепляется с помощью тонкой платиновой пленки на две части примерно одинаковой интенсивно-

сти, одна пропускается к зеркалу M1, а вторая к M2. Оттуда они от- ражаются назад к M3, где складываются и пропускаются в теле- скоп, сфокусированный на M1 и M2.

Применением плоскополяризованного света достигаются две цели: первая та, что не интерферирующие лучи, показанные пунк- тирной линией, которые получались бы с естественным светом, полностью исключаются, и вторая та, что складывающиеся лучи могут быть отрегулированы так, чтобы улучшить интенсивность при различной относительной отражательной способности M1 и M2. Поскольку для верхнего луча существует на два перехода стекло– воздух больше, чем для нижнего, выровнять обе компоненты есте- ственного света таким путем невозможно.

Высокая чувствительность, необходимая из-за короткого пути света, обеспечена, главным образом, простым устройством для воз- вышения одной половины зеркала М2 над другой на малую долю длины волны света, разделяющая линия между двумя уровнями прямая и четкая настолько, насколько это возможно. Зеркало было выполнено путем покрытия части стеклянной плоской пластины плоским с резко очерченными краями микроскопическим покров- ным стеклом и применением дополнительного слоя платины, нане- сенного методом катодного напыления, после чего вся пластина давала полное отражение. Автору встречались предложения о при-

140

Глава 11. Усовершенствование эксперимента Майкельсона-Морли

менении такого разделенного зеркала в интерферометрии несколь- ко лет тому назад, но он не знает, кому эта идея принадлежит.

Теория приспособления следующая. Явление интерференции будет таким же, как если бы зеркало M2 было заменено его изобра- жением в M3. В условиях эксперимента, в котором пути почти рав- ны, M1 перпендикулярно лучу, падающему на него, и отраженные лучи переносят изображение почти параллельно, изображение M2 будет почти параллельно и совпадать с поверхностью M1. Элемен- тарная теория показывает, что результирующая интерференцион- ная картина будет практически совпадать с M1. Целесообразно до- полнить это рассуждение развитием общей теории интерференции на все отклонения зеркал; экспериментальное обеспечение близко- го параллелизма совершенно необходимо.

На рис. 11.3 показаны сильно увеличенные поперечное сечение M1 и изображение M2, нормальные к

их плоскостям и к разделяющей ли-

равном расстоянии на противопо- ложных сторонах от параллельной плоскости, находящейся на расстоя- нии х от M1. Предположим, что мо- нохроматическая волна, в которой смещение дано выражением

ξ= a cosω t + ε − x ,

c

если мы пренебрежем потерями несовершенного отражения. Сме- щение в плоскости M1 в волне, отраженной от верхней части M2 равно

141

Подобный же квадрат результирующего смещения в интерфе- рирующих лучах ниже разделяющей линии находится как

2a2 1+ cos 2ω (x + α ) cos2 ω (t − δ ).

c

Интенсивность, пропорциональная квадрату амплитуды, может быть представлена в виде

Для величин x = n4λ , где n — целое число,

I1 = ka2 (1± cos 4πα ),

λ

142

Глава 11. Усовершенствование эксперимента Майкельсона-Морли

знак «+» для четных значений n и «–» для нечетных значений. I2 , поэтому для этих усло-

вий I1 = I2 .

Следовательно, для наблюдателя поле зрения по обе стороны от разделяющей линии будет иметь равную интенсивность при

x = n4λ .

Теперь нам нужно определить минимальное изменение x , ко- торое произведет ощутимое различие в освещенности обеих сторон поля. Если x даст вариацию δ x пока α есть константа, то разни- ца интенсивности составит

δI = ∂I1 − ∂I2 δ x.

∂x ∂x

Далее

знак не имеет значения.

Распознаваемая вариация предопределена не только величиной δ I , но также и отношением δ I к полной интенсивности I1 или I2. В соответствии с законом Вебера–Фехнера, если δ I дана как

наименьшая ощутимая вариация интенсивности, приведенное вы- ше отношение почти постоянно для широкого диапазона интенсив- ности. При таком значении δ I,δ x получаем как наименьшее об-

наруживаемое изменение положения M 2 .

143

Р.Дж.Кеннеди, 1926 г.

Если мы первоначально имеем неизменное освещение, то из приведенных выше выражений получим

Если теперь δI и в самом деле постоянно, то для случая знака

I

« − », соответствующего темному освещению поля, мы должны иметь неопределенно возрастающую чувствительность по мере уменьшения фактора α . К несчастью, однако, I уменьшается с уменьшением α , а фехнеровская «константа» вскоре также быстро уменьшается. Тем не менее, условия освещения и контрастность здесь подобны тем, которые имеются в полутеневом полярископе, а

из теории инструмента Липпиха следует, что δ I примерно равна

I

8 10−3. Недостаточное совершенство плоскостей зеркал и неоди- наковость интенсивности интерферирующих лучей являются сле- дующим ограничивающим фактором; небольшое экспериментиро- вание показало, что α должно быть не меньшим, чем 0,025λ ,

что и было в конце концов применено. Подставляя эту величину в последнее выражение, мы получили δ x = 5 10−5 λ как наимень-

шее определяемое изменение в положении зеркал. Это соответст- вует изменению оптической длины пути

δ l = 2δx = 10−4 λ.

Чтобы наиболее полно использовать возможности приспособ- ления потребовались бы более совершенные зеркала и более ин- тенсивный и, следовательно, более горячий источник света, чем это было бы желательно вблизи чувствительного аппарата, так же как удлинение интервалов между наблюдениями, таким образом, до- пуская больше возможности проявить себя любым устойчивым температурным изменениям. Поэтому в эксперименте не нужно

снижать значение δ l более, чем до 2 10−3 λ; такие вариации об- наруживались без каких-либо сомнений.

144

Глава 11. Усовершенствование эксперимента Майкельсона-Морли

Теория эксперимента Майкельсона–Морли рассматривались слишком часто, чтобы было необходимо обсуждать ее здесь. В об- щем, при повороте аппарата через прямой угол интерференционная картина должна сместиться так, как если длина одного из оптиче- ских путей изменится на часть длины волны, максимум чего соста- вит

В декартовых координатах подходящей ориентации

x1 = r cosψ cosϕ x2 = r sinψ

x3 = −r sin ϕ cosψ

где ϕ — прямое восхождение и ψ — склонение точки, в которой данное направление пересекает небесную сферу. Такая же система уравнений получена для величин x′ с углами ϕ′ и ψ ′ . Подстав-

ляя эти соотношения в уравнения (3) и результирующие соотноше- ния в уравнение (2), мы получим

145

Р.Дж.Кеннеди, 1926 г.

близок к единице. Это получается при сидерическом времени, рав-

тября, когда настоящая статья была закончена, соответствовало значению сидерического времени от 5.30 до 6.30 утра.

смещение полос, которое можно ожидать в таком аппарате, соот- ветствующее изменению в одном оптическом пути:

δ l = 8 10−3 длины волны,

что в четыре раза меньше определяемого значения.

Эксперимент был выполнен в лаборатории Норман Бридж, в комнате с постоянной температурой, в различное время дня, но чаще в то время, для которого вычисления Миллера предсказывали наибольший эффект. Во время каждого эксперимента была прове- рена чувствительность глаза помещением или снятием малого гру- за на плиту перед и после ее поворота. В поле зрения не было флуктуаций, не было необходимости усреднять отсчеты. Как было показано, смещение было меньше одной четвертой того, которое, как сообщил Миллер, было замечено. Результат был совершенно определенным. Не было признаков того, что смещение зависит от ориентации.

146

Глава 11. Усовершенствование эксперимента Майкельсона-Морли

Поскольку эфирный ветер может предположительно зависеть от высоты, эксперимент был повторен в обсерватории Маунт Вил- сон в здании 100-дюймового телескопа. Здесь снова эффект был нулевым.

Имеется намерение провести систематические поиски эфирно- го дрейфа в ином направлении после того, как аппарат подвергнет- ся небольшим усовершенствованиям в целях увеличения его чувст- вительности и удобства многочисленных наблюдений, что необхо- димо.

Автор много обязан д-ру Р. А. Милликену, который проявил интерес и сделал возможными эти исследования.

Proc. Nat . Ac. of USA. 1926. Vol 12. P. 621–629.

147

К.К.Иллингворт, 1927 г.

12. К. К. Иллингворт. Повторение экс- перимента Майкельсона–Морли с ис-

пользованием усовершенствования Кеннеди (1927)

A repetition of the Michelson–Morley experiment using Kenndy's refinement. K.K.Illingworth

Аннотация. Эксперимент по эфирному ветру, выполненный Кеннеди с помощью уменьшенной в размерах оптической системы, заполненной гелием, был повторен с тем же, но несколько усовершенствованным аппа- ратом, и были получены те же результаты. Усовершенствование интерфе- рометра заключалось в новом покрытии зеркал серебром так, чтобы сдвиг полос в 1/1500 мог быть замечен наблюдателем с хорошим зрением, а в 1/500 – наблюдателем со слабым зрением. Были сделаны дополнительные отсчеты, которые исключили постоянные температурные сдвиги полос, и они не показали наличия какого-либо эфирного ветра с точностью при- мерно до 1 км/с.

В недавней работе36 д-р Р.Дж. Кеннеди, научный сотрудник Калифорнийского технологического института, описал модифика- цию интерферометра Майкельсона и его применение в экспери- менте по обнаружению эфирного ветра. Эта модификация заклю- чалась в наличии маленькой ступеньки толщиной в 1/20 длины волны света в одном из общих отражающих зеркал интерферомет- ра. Цель настоящего исследования заключается в изучении чувст- вительности, получаемой методом Кеннеди, и дальнейшим изуче- нием существования эфирного ветра с помощью аппарата Кеннеди. Эта работа была выполнена в подвальной комнате с постоянной температурой в физической лаборатории Норман Бридж. Плот, зеркала и источник света, а также методы регулировки остались теми же, которыми пользовался Кеннеди. Зеркала были вмонтиро- ваны в стальные и латунные опоры, расположенные на мраморной плите, имеющей форму квадрата со стороной 4 фута. Латунный корпус включал в себя зеркала и световые пути, так что эти пути

36 Kennedy, Nat. Acad. Sci. Proc. 12, 621-629 (1926).

148

Глава 12. Повторение эксперимента Майкельсона-Морли

могли быть заполнены гелием или откачаны по желанию. Гелий использовался в связи с тем, что он имеет малый коэффициент преломления, так что изменения из-за вариаций температуры со- кращаются до значений, которыми можно пренебречь. Три зеркала,

зеркале со ступень- кой, на нем же были сформированы полосы, и был сфокусирован наблюдательный телескоп. Из-за малой разницы в оптическом пути в двух половинках ступенчатого зеркала образуется небольшая прерывистость между системами полос с каждой стороны ступени; обе системы сдвинуты по фазе на 1/10 полосы. В целом это приво- дит к сильному изменению яркости на ступени А, как показано на рис. 12.1 (а), где представлены распределения энергии в системах полос вблизи ступеньки. Если, однако, полосы смещены относи- тельно ступени, как показано на рис. 12.1 (б), то в А не возникает прерывистости в яркости. Следовательно, когда телескоп сфокуси- рован на небольшой области в непосредственной близости к сту- пеньке, можно наблюдать два варианта полей зрения, как показано в небольших кружках сразу под А на каждом графике. В случае 12.1 (а) две половинки поля освещаются неравномерно и разграни- чены четкой линией, тогда как в случае 12.1 (б) обе половинки по- ля освещаются одинаково. Это равенство двух половинок поля дает

149