Тяготение, кванты и ударные волны. Кризис дальнодействия. Опыт Майкельсона, страница 6

В опыте Физо луч света раздваивался полупосеребренным зеркалом и попадал в две трубы, в которых вода текла в противоположных направлениях (рис. 20). Следовательно, в одной трубе скорость течения должна была складываться со скоростью света, а в другой — вычитаться из нее. Поэтому свет затрачивал различное время на прохождение обеих труб (подобная задача предлагается в задачниках по алгебре для двух пароходов, идущих по течению и против). В покоящейся воде свет проходил обе трубы за одинаковое время, поэтому, после того как оба луча соединялись, они оказывались в одинаковой фазе колебаний и взаимно усиливали друг друга. Нетрудно было подобрать такую скорость течения, когда в текущей воде один луч опережал другой на полволны: тогда они взаимно погашались. Для этого нужны совсем не длинные трубы и такие скорости течения, которые можно получить от водопровода.

Опыт Физо дал положительный результат: скорость света в текущей воде отличалась от скорости в покоящейся воде. Правда, полного количественного совпадения с тем, что должно было получиться по простому закону сложения скоростей, не оказалось (т. е. время прохождения труб на опыте не точно такое, как выходит по расчету способом, применяемый в задаче о двух пароходах).

Важнее то, что опыт Физо отвечает не совсем на тот вопрос, который был поставлен вначале: ведь требовалось измерить скорость света в пустоте относительно двух различно движущихся тел, а не скорость света в двух различно движущихся телах. Скорость света в воде совсем не такая, как в пустоте, и далеко не имеет такого фундаментального значения для теории. Движение любого тела относительно воды сразу заметно, но как заметить движение тела относительно пустого пространства?

Если бы оказалось, что относительно одного тела свет распространяется в пустоте с одинаковой скоростью во всех направлениях, а относительно другого скорость света в разных направлениях различна и определяется законом сложения скоростей, тогда можно было бы принять первое тело абсолютно покоящимся, а второе тело — абсолютно движущимся.

По направлению относительной скорости обоих тел скорость света была бы равна разности скорости света в пустоте и скорости движения второго тела, в обратном направлении равнялась бы их сумме. Майкельсон задался целью поставить такой опыт. Правда, осуществить опыт так, как только что было сказано, очень трудно. Поэтому Майкельсон несколько изменил схему опыта, но оставил его в принципе совершенно тем же. Дело в том, что закон сложения скоростей распространяется не только на скорости, параллельные или антипараллельные друг другу. Скорости, образующие некоторый угол, складываются по правилу параллелограмма. Если скорости перпендикулярны, то их результирующая есть гипотенуза прямоугольника и вычисляется по теореме Пифагора. Этим и воспользовался Майкельсон.

Как и у Физо, в опыте Майкельсона луч света раздваивался полупосеребренным зеркалом, но дальнейший ход был иным (рис. 21). Одна часть луча посылалась вдоль движения Земли, отражалась и возвращалась назад, против движения. Этой части требовалось известное время для распространения. Другая часть посылалась перпендикулярно движению-Земли и тоже возвращалась назад после отражения. Здесь требовалось другое время для распространения: ведь скорость этого луча вычислялась не путем алгебраического сложения, а по теореме Пифагора, т. е. по иной формуле. Разность обоих времен прохождения можно было подобрать такой, чтобы обе части луча сошлись в противоположных фазах и взаимно гасили друг друга. Чтобы проверить, влияет ли на гашение движение Земли, достаточно повернуть прибор на 45°: тогда обе части первоначального луча будут составлять одинаковый угол с движением Земли и гашение не должно произойти.