О.Е. Акимов

Анализ 2 эксперимента Майкельсона – Морли (КП 31)

В 90-х годах я читал курс лекций "Естествознание", который сегодня можно найти на моем сайте "Скептик-Рацио". Тексты первых четырех лекций "Введение", "Новый взгляд", "Мифы XX века" и "Эффект Доплера" в учебнике и на сайте почти совпадают. Правда, тему Эффекта Доплера я существенно дополнил и расширил, так что знакомство с материалом лучше всего сделать, обратившись к сайту.

Что касается темы "Эксперимента Майкельсона-Морли", то она в учебнике и на сайте пересекается лишь частично. На сайте нет материала, рассказывающего об акустическом интерферометре Квинке, что, по-видимому, является моим упущением. Потому что нет никаких сомнений в том, что Майкельсон прекрасно знал о существовании акустического интерферометра своего наставника Георга Квинке. Очевидно, молодому амбициозному экспериментатору пришла в голову идея сконструировать аналогичный интерферометр, работающий уже на световых волнах. Ему показалось, что с помощью этого светового прибора можно будет измерить скорость эфирного ветра, о чём мечтал еще Максвелл. Это убеждение, наверное, пришло ему в голову в связи с анализом движения лодок на реке. Сейчас мы хорошо понимаем ошибочность данного анализа волнового процесса. С помощью светового интерферометра, сделанного по схеме звукового интерферометра Квинке, в принципе не возможно было измерить скорость эфирного ветра.

Я думаю, что профессор Георг Квинке подсказал бы своему подопечному, в чём тот ошибается, рассматривая пример с движением лодок. Но Майкельсон, не захотел делиться своими планами с Квинке, покинул его лабораторию в Гейдельберге. Почему я так думаю? Потому что люди, типа Квинке и Ленарда, мыслят образами, представлениями, моделями. Майкельсон относится к противоположной категории людей. Его мозги устроены по образцу мозгов Маха, Лоренца, Эйнштейна, прочих формалистов, в головах которых либо совсем не возникают никаких образов, из ниоткуда всплывают только формулы, либо возникают какие-то уродливые, сильно искаженные, во всяком случае, неадекватные представления.

Ситуация, возникшая между наставником Квинке и его молодым подопечным Майкельсоном, напоминает мне аналогичную ситуацию, возникшую между наставником Дж. Дж. Томсоном и его подопечным Нильсом Бором. Для Бора атом представлял собой динамичную модель миниатюрной Солнечной системы. Он ввел постулаты по образу и подобию постулатов Эйнштейна. Это типичный формалистский прием, принятый в "Началах" Ньютона и в "Евклидовых началах".

Стационарная модель Томсона намного ближе к истине, как и его конструктивный математический подход. Томсон и Бор не сработались, ученик покинул Кавендишскую лабораторию Томсона, чтобы прибыть в лабораторию Резерфорда, близкого по духу ученого. Не он открыл в 1911 году ядро у атома (это сделал, как известно, причём достаточно случайно, Гейгер, изобретатель счётчика альфа-частиц). Но начальник лаборатории решил, что электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. С этой планетарной моделью продолжил работать Бор, пока не создал в 1913 году первый вариант квантовой теории. Бору повезло, когда ему волей случая, но не благодаря его модели (она ошибочная), открылась тайна постоянной Ридберга.

Итак, я утверждаю, что имеется почти непреодолимый водораздел между формалистами и конструктивистами. Формалисты абсолютно не способны воссоздать адекватные пространственно механические представления и модели. Они не в состоянии усвоить самые элементарные физические явления, к которым относятся эффект Доплера и волновые процессы, происходящие в интерферометре Квинке или аналогичном ему интерферометре Майкельсона. Но самым печальным последствием для развития науки является то, что формалисты, захватив власть в научных институтах, в печатных органах, в редакциях научных издательств, на радио и телевидение замалчивают теоретические достижения конструктивистов, подвергают их жесточайшей дискриминации и всячески восхваляют свои виртуальные успехи, не имеющие никакого отношение к реальному миру.

Вы где-нибудь читали, что Майкельсон построил свой интерферометр по образу и подобию интерферометра Квинке? Думаю, вряд ли. Из биографии Майкельсона сообщается, что в 1880 – 1882 гг. он проходил стажировку в научных центрах Европы: у Гельмгольца, Рэлея, Кельвина (Вильяма Томсона). Имя Квинке обычно не упоминают. Эксперимент 1881 года проводился в Берлинском университете на средства американского изобретателя телефона Белла. Установка имела низкую точность и высокую чувствительность к вибрациям. Поэтому ее пришлось перенесли в подвал Потсдамской обсерватории.

Вот как об этом рассказывал Майкельсон на юбилейной конференции 1927 года (прошло 40 лет после решающего эксперимента 1887 года). Он говорит: «В 1880 году я задумался над возможностью измерения оптическим способом скорости движения Земли в Солнечной системе. Ранние попытки обнаружить эффекты первого порядка основывались на идее движения системы сквозь стационарный эфир, т.е. эффекты первого порядка пропорциональные v/c, где c — скорость света. Исходя из представлений о любимом старом эфире (который теперь заброшен, хотя я лично еще его придерживаюсь), ожидалась одна возможность, а именно, что аберрация света должна быть различной для телескопов, заполненных воздухом или водой. Однако эксперименты показали вопреки существующей теории, что такой разницы не существует».

Далее, юбиляр рассказал об эксперименте Физо 1851 года, который Майкельсон повторил в 86 году (за год 87 года) с целью уточнения значения скорости света. Физо же продемонстрировал нечто иное, а именно, справедливость формулы Френеля.

Когда водная среда начинает перемещаться, скорость света в ней находится по "релятивистской" формуле сложения двух скоростей (релятивистской в кавычках, конечно). Ни о какой "релятивистской" трактовке в середине XIX века, конечно же, не могло быть и речи. Выражение, стоящее в скобках называлось коэффициентом увлечения, который вывел и объяснил Огюстен Френель еще в 1818 году, после эксперимента, проведенного Араго.

От рассказа опыты Физо Майкельсон перешел к рассказу своего опыта с интерферометром. Он сказал:

"Я попытался провести эксперимент в лаборатории Гельмгольца в Берлине, но вибрация городских магистралей не позволили стабилизировать положение интерференционных полос. Аппаратура была перенесена в лабораторию в Потсдаме. Я забыл имя директора (думаю, что это был Фогель), но вспоминаю с удовольствием, что он немедленно проявил интерес к моему эксперименту. И хотя он никогда не видел меня раньше, он предоставил всю лабораторию вместе с ее штатом в мое распоряжение. В Потсдаме я получил нулевой результат. Точность была не очень высока, потому что длина оптического пути составляла около 1 м. Тем не менее, интересно отметить, что результат был вполне хорошим.

Когда я вернулся в Америку, мне посчастливилось в Кливленде вступить в сотрудничество с профессором Морли (он химик, кстати, по образованию). В приборе применялся тот же принцип, что и в приборе, использованном в Берлине. Правда, длина светового пути была увеличена за счет введения некоторого числа отражений вместо единственного прохождения луча. Фактически длина пути составила 10 – 11 м, что должно было за счет орбитального движения Земли сквозь эфир дать смещение в половину полосы. Однако ожидаемого смещения обнаружить не удалось. Смещение полос было определено меньше, чем 1/20 или даже 1/40 от предсказанного теорией. Этот результат может быть истолкован так, что Земля захватывает собой эфир почти полностью, так что относительная скорость эфира и Земли на ее поверхности равна нулю или очень мала.

Это предположение, однако, весьма сомнительно, потому что противоречит другому важному теоретическому условию. Лоренцем было предложено иное объяснение (Лоренцево сокращение), которое в окончательной форме выведено им как результат известных преобразований Лоренца. Они составляют сущность всей теории относительности».

(Нужно добавить, что Лоренц допустил ошибки, как и Эйнштейн, когда попытался вывести преобразования Лоренца из схемы хода лучей в эксперименте Майкельсона-Морли).

В этом фрагменте Майкельсон отразил основные вехи становления специальной теории относительности. Как видим, некорректность эксперимента по обнаружению эфирного ветра вытекает из двух ложных предпосылок (хочу повторить их еще раз). Прежде всего, автор эксперимента неправильно считал, что материал мировой среды и материал, из которой "сделана" Земля, различны. Именно поэтому на поверхности планеты должен наблюдаться эфирный ветер, когда она вращается вокруг Солнца. Вторая ошибка вытекала из ложной аналогии между движением лодок на реке и ходом лучей в интерферометре, о чем говорилось в конце предыдущего подраздела.

Теория Огюстена Жана Френеля, созданная после удачного истолкования эксперимента Араго 1810 года по измерению скорости света в движущейся линзе, с помощью понятия частичного увлечения эфира объясняла неизменность интерференционной картинки и в эксперименте Физо. Точно так же нужно было найти конкретную причину неизменности интерференционной картины в эксперименте Майкельсона – Морли.

Лоренц, плотно работавший с Майкельсоном, предложил сокращение линейных размеров физических тел в направлении вектора v, которое, как ему казалось, вытекало из найденных им преобразований. Однако эти преобразования лишены были физического смысла, особенно, в интерпретации эйнштейновского варианта теории относительности (Есть ведь еще вариант Пуанкаре, там сокращение он мыслил как динамическое сокращение, т.е. действовали напряжения внутри материи).

Истинная же причина отрицательного результата лежит в другом, и смысл ее таков. Если источник волн находится на одной движущейся платформе с приемником, то за счет компенсации длина волны, частота и период колебаний останутся такими же, как и при неподвижной платформе. Вы можете поворачивать эту платформу на любой угол по отношению к вектору ее перемещения — всё равно интерференционная картина останется неизменной, так как компенсационный механизм в этом случае срабатывает. Этот аргумент уже назывался, но он настолько важен, что его лишнее напоминание не повредит, особенно, релятивистам.

Смотрите фильм:

http://youtu.be/Eyy0XuEUOoU