Найти в Дзене
Июньский кот

Как создавалась теория относительности: что и как измеряли Майкелсон и Морли в своем знаменитом эксперименте?

Давайте вспомним о знаменитом эксперименте Майкелсона и Морли (в 1887 году) по поиску эфирного ветра (то есть перемещения Земли в абсолютной системе отсчета), который в итоге привел к созданию теории относительности (даже двух).

Интерферометр Майкелсона представлял собой измеритель разности фаз прошедших разные пути световых волн. Он не измеряет скорость световых волн, может лишь показать разность скоростей в ортогональных направлениях в плоскости прибора.

В 1881 году Майкелсон провел первый опыт, в котором не обнаружил следов смещения интерференционной картины, то есть разницы в скорости света по обоим направлениям.

По итогу экспериментов 1887 года Майкелсон и Морли заявили, что в течение часа каждые сутки им удавалось получать соотношение сигнал/шум, равное 1, со сдвигом полосы на 1/30 ширины (что обнаруживало эфирный ветер со скоростью 6,64 км/с), в остальное время сигнал снижался 10-кратно. В итоге Майкелсон и Морли заявили, что результат опыта по обнаружению эфирного ветра был отрицательный, на том основании, что обнаруженные 6,64 км/с меньше, чем скорость вращения Земли вокруг Солнца (30 км/с).

Результаты эксперимента Майкелсона в обработке Вавилова, 1928 год. Имеются сдвиги интерференционных полос в зависимости от ориентации прибора. Источник - Бухалов И. П., Современный взгляд на опыт Майкельсона.
Результаты эксперимента Майкелсона в обработке Вавилова, 1928 год. Имеются сдвиги интерференционных полос в зависимости от ориентации прибора. Источник - Бухалов И. П., Современный взгляд на опыт Майкельсона.

Далее физики неоднократно пытались перепроверить полученные результаты.

В 1921 – 1926 гг. Дэйтон Миллер провел новые опыты, на этот раз расположив прибор на высоте 1860 метров, в обсерватории Маунт Вилсон, получил значение 8 – 10 км/с. При этом амплитуды сдвига полосы у Миллера двукратно превосходили шумы. Такие результаты встревожили лично Эйнштейна, который потребовал повторить опыты Миллера. Они и были много раз повторены, с противоречивыми результатами, в зависимости от того, хотел ли экспериментатор подтвердить или ревизовать теорию относительности. Кеннеди в 1926 и Иллингворт в 1927 году не нашли эфирного ветра, используя гелий как светоносную среду. Майкелсон, тот самый, вместе с Писом и Пирсоном в 1929 году в Маунт Вилсоне обнаружил эфирный ветер 6 км/с, с апексом в направлении дзеты Дракона.

Результаты опытов Миллера (2, США, 1925 г.) и Демьянова (3, СССР, 1968 - 1970). По оси абсцисс указано время суток в часах, по оси ординат слева - обнаруженная скорость эфирного ветра, справа - скорость эфирного ветра с поправками, указанными Демьяновым.
Результаты опытов Миллера (2, США, 1925 г.) и Демьянова (3, СССР, 1968 - 1970). По оси абсцисс указано время суток в часах, по оси ординат слева - обнаруженная скорость эфирного ветра, справа - скорость эфирного ветра с поправками, указанными Демьяновым.

Что касается самого Миллера, то у него была проблема, что полученная скорость эфирного ветра 8 – 10 м/с была в 40 раз ниже той, что он теоретически ожидал. Миллер обратился к коллегам-теоретикам с просьбой пояснить это противоречие, но ответа не добился.

В 1968 – 1971 гг. в Обнинске Демьянов провел серию экспериментов по обнаружению абсолютного движения. В качестве светоносной среды использовался газ CS2 (1 атм., плечо 7 м), H2S (1 атм., плечо 7 м), воздух (2 атм., плечо 6 м), вода (плечо 30 см), плавленый кварц (плечо 10 см), другие материалы. Были получены сдвиги интерференционной полосы, интерпретированные как проявление эфирного ветра со скоростью 225 – 625 км/с в точке измерения. При этом Демьянов в статье «Что и как измеряет интерферометр Майкельсона?» указывал, что в интерферометрах подобного типа должны возникать паразитные лучи света, дающие более интенсивную и контрастную картину интерференции, чем полезные лучи. Вторая проблема состоит в том, что огромное влияние на результат оказывает светоносная среда – чем она более плотная, тем более будет выражена анизотропия скорости света. В абсолютном вакууме анизотропия наблюдаться не будет. Именно этот момент, по мнению Демьянова, не осознавали и не учитывали Майкелсон, Морли и другие экспериментаторы, по большей части стремившиеся создать как можно более идеальный вакуум в интерферометре, и поэтому получавшие заниженные или нулевые значения скорости эфирного ветра.

Австралийский физик Кэхилл независимо от Демьянова в 2002 году пришел к выводу, что анизотропия скорости света может быть обнаружена только в воздухе или иной прозрачной для света среде. С учетом этих поправок, Майкелсон и Морли реально поймали эфирный ветер со скоростью 208 км/с, а не 6 км/с. У Миллера также происходило занижение в 40 раз. У Кеннеди и Иллингворта скорость эфирного ветра в гелии была занижена в 120 раз, в опыте Йооса в ваккуме, в 1930 году, также давшем отрицательный результат, скорость занижена в 1290 раз.

Тут, конечно, с одной стороны, не хочется впадать в антинаучную фоменковщину, с другой стороны, любая научная теория, в том числе и теория относительности, должна быть подвергаема критике. Если же теория превращается в Святое Писание, как марксизм в СССР, то это приведет к застою и другим тяжелым последствиям.

На этом спасибо за внимание!

Наука
7 млн интересуются