Страница 31 из 47
Световой эксперимент Майкельсона с интерферометром был основан на том же принципе; полосы интерференции должны были показать скорость движения эфира по отношению к Земле. Но Майкельсон, установив свой чувствительный прибор, не обнаружил никакого признака движения сквозь эфир. Он был настолько убежден в точности своих измерений, что мог бросить вызов любой теории и ученому своего времени. В докладе, напечатанном в журнале «Америкэн Джорнэл оф Сайенс» в 1881 году, он уверенно заявил: «Таким образом доказано, что гипотеза неподвижного эфира неверна».
Большинство ученых с гневом отвергало выводы Майкельсона. Два человека — Фитцджеральд в Дублине и Лоренц[23] в Лейдене, независимо друг от друга, предложили объяснение, сохранявшее теорию эфира, если только наука согласится с предположением,’ что предметы, движущиеся навстречу эфиру, подобно одной трубке интерферометра, сокращаются в длину вдоль направления своего движения, в зависимости от того, как близко их собственная скорость приближается к скорости света. При обычных скоростях сокращение практически равно нулю. При скорости, равной половине скорости света, сокращение может увеличиваться почти до 15 процентов.
Многие физики считали идею Лоренца-Фитцджеральда такой же фантастичной, как и концепцию Майкельсона, и предпочитали не высказывать суждений до тех пор, пока не станут известны новые данные. В 1901 году Кауфман показал, что электроны, излучаемые радием, по-видимому, увеличивают свою массу в тот момент, когда скорость их вылета приближается к скорости света. Молодому Альберту Эйнштейну, который родился всего за два года до эксперимента Майкельсона, казалось, что разрешить загадку можно, введя совершенно новые постулаты:
1) все законы физики одинаковы в системах, движущихся прямолинейно и равномерно по отношению друг к другу, поэтому наблюдатель, находящийся в одной системе, не может обнаружить движения этой системы при помощи наблюдений, сделанных только в ее пределах;
2) скорость света в любой системе независима от скорости источника света;
3) это означает, что скорость света должна быть независима от относительной скорости источника света и наблюдателя.
Сформулированная в математических, терминах в 1905 году теория относительности Эйнштейна показала, что сокращение Лоренца-Фитцджеральда на самом деле существует, но оно не имеет ничего общего с эфиром. Она также предсказала, что масса любого предмета должна возрастать, когда его скорость приближается к скорости света.
В системе Эйнштейна ни одна точка вселенной не является более подходящей для измерения, чем любая другая. Всякое движение можно измерять лишь относительно наблюдателя, производящего измерения. Так же нет никакого момента времени, который наблюдатель может считать начальным.
Время и место относительны по отношению к наблюдателю, поэтому теория была названа теорией относительности Эйнштейна в отличие от теории Ньютона, которая предполагала существование абсолютного времени и пространства. В 1919 году общая теория относительности Эйнштейна получила еще большее подтверждение в результате астрономических наблюдений, и впервые внимание широкой публики было сосредоточено на человеке, который уже более 20 лет творил чудеса.
Триумф точности
Свой интерферометр, открывший революционное направление в физике, Майкельсон использовал в 1920 году в обсерватории Маунт-Вильсон для первого в истории измерения диаметра звезды на основе принципов, сформулированных им еще в 1890 году. Интерферометр можно также применять для измерения расстояний, которые нельзя определить даже с помощью микроскопа. Например, подшипники в автомобильной промышленности могут подвергаться испытанию на совершенство обработки с точностью до одной десятитысячной. Современные методы американского производства, целиком зависящие от абсолютной точности, многим обязаны стандартам, введенным Альбертом Авраамом Майкельсоном.
Майкельсон был художником. Процесс мышления и темперамент ученого и художника одинаковы. Выбор творческой личностью той или иной формы искусства зависит от специфики его таланта.
Математик и физик-теоретик близки к поэту и музыканту; экспериментатор скорее напоминает художника или скульптора. «Порой начинаешь относиться к машине, словно у нее есть душа и характер, — писал Майкельсон. — Я бы сказал, женский характер, требующий лести, уговоров, уламывания и даже угроз. Но в конце концов понимаешь, что это характер чуткого и искусного игрока, который в захватывающей игре готов немедленно воспользоваться промахом соперника, который „откалывает“ совершенно неожиданные номера, который никогда не доверяет случаю и, тем не менее, играет честно, строго соблюдая все правила, и не делает уступок сопернику, если тот этих правил не знает. Если выучишь эти правила и соблюдаешь их, то игра идет успешно».
Другой прибор, эшелонный спектроскоп, созданный Майкельсоном в 1898 году, с невиданной для того времени точностью анализа спектральных линий, был так же чувствителен и изящен, как и интерферометр. Когда Майкельсон достиг того, что он сам считал пределом оптической точности в этой области, он взялся за еще более смелую задачу — создание дифракционной решетки, превосходящей даже шедевры Роуленда. Майкельсон думал, что сможет в течение нескольких месяцев построить двигатель, управляющий резцом. Однако на создание шестидюймовой решетки со 110 тысячами линий потребовалось восемь лет. Она была на 50 процентов лучше, чем любая из ее предшественниц.
В 1919 году, чтобы решить загадку земных приливов, Майкельсон занялся определением вязкости планеты. Это был первый случай, когда Майкельсон взялся за проблему, поставленную другим ученым. Он зарыл две шестидюймовые желёзные трубы длиной в 500 футов на глубину в 10 футов, расположив одну в направлении восток-запад, а другую — север-юг. В точке соединения обеих труб он устроил камеру наблюдения. Трубы были наполовину заполнены водой. Применив методы интерференции, Майкельсон точно измерил изменения уровня воды во время миниатюрных приливов, которые происходили в трубах под действием Солнца и Луны. Если бы Земля имела полужидкую структуру, в уровне воды не происходило бы заметных изменений. С другой стороны, если бы Земля была совершенно твердой, в трубах должны были бы возникать маленькие приливы. Приливы в трубах оказались равны восьми тысячным сантиметра. Это соответствовало теории о вязкой структуре Земли.
Кроме Нобелевской премии, присужденной ему в 1907 году, и медали Дрепера в 1910 году, Майкельсон был удостоен медали Копли Королевского общества и множества почетных дипломов американских и европейских университетов.
23
Лоренц Гендрик Антон (1853–1928) — крупнейший нидерландский физик. Создатель электронной теории, на основании которой объяснил ряд электрических и оптических явлений. Его работы явились исходными при создании теории относительности.