Х Зона

В конце XIX в. было выполнено много экспериментов, основанных на изложенных выше соображениях. Среди них наиболее известен опыт Майкельсона и Морли. О его результате мы уже кратко говорили в предыдущей главе. Здесь мы обсудим опыт Майкельсона и Морли снова, на этот раз подробнее.

Этот опыт сначала в 1881 г. был выполнен Майкельсоном в одиночку, а затем повторен с участием Морли в 1887 г. В обоих случаях была применена L-образная установка, схема которой показана на рис. 4. На биссектрисе прямого угла М1ОМ2 располагалось полупрозрачное зеркало М0: половину падавшего на него света зеркало М0 пропускало, а половину отражало. Оба плеча ОМ1 и ОМ2 L-образной установки имели одинаковую длину; на концах плеч в точках и М2 располагались зеркала, полностью отражавшие к точке О весь падавший на них свет.

Пусть Земля движется сквозь покоящееся эфирное море со скоростью v, направление которой показано стрелкой, изображенной на рис. 4, и пусть для простоты плечо ОМ, параллельно направлению скорости Земли, а плечо ОМ2 — перпендикулярно этому направлению. Свет от источника S, попадая в точку О полупрозрачного зеркала М0, разделяется на два пучка L1 и L2. Пучок L1 пропускается зеркалом M0l распространяется в прежнем направлении, полностью отражается зеркалом М1 к точке О и, отражаясь от зеркала М0, попадает в интерферометр. Пучок L2 отражается от зеркала М0, распространяется перпендикулярно направлению скорости Земли, полностью отражается зеркалом М2 к точке О, пропускается зеркалом М0 и тоже попадает в интерферометр. Таким образом, испущенный источником S свет сначала разделяется на два пучка L1 и L2, а затем эти пучки вновь объединяются в интерферометре. Но поскольку пучки L1 и L2 проходят разные пути, они попадают в интерферометр не в одно и то же время.

Рис. 4. Схема опыта Майкельсона—Морли

Рассмотрим причину этого различия.

Так как длины плеч установки совпадают, оба пучка света L1 и L2 с точки зрения земного наблюдателя прошли одинаковые пути, но затратили на их прохождение разное время, ибо согласно эфирной теории скорости распространения пучков на этих путях различались. При движении от О к М1 пучок L1 имел скорость с - v, а в обратном направлении — скорость c + v. Скорость пучка L2 связана с с и v более сложно.

С точки зрения наблюдателя А, покоящегося относительно эфирного моря, дело выглядит несколько проще: скорость пучков света L1 и L2 одинакова, а различаются пройденные пучками пути (из-за движения установки относительно эфира). Расчет показывает, что пучок L1 проходит более длинный путь. В результате оказывается, что моменты прихода пучков в точку О чуть-чуть различаются. Цель опыта Майкельсона как раз и состояла в том, чтобы уловить эту незначительную разницу при помощи интерферометра. Понятно, что если Земля покоится относительно эфира, то никакой разницы наблюдаться не должно.

Поскольку направление абсолютной скорости Земли заранее не известно, сделанное на рис. 4 допущение о параллельности плеча ОМ1 и направления абсолютного движения Земли может быть неверным. Чтобы исключить связанную с этим ошибку, Майкельсон поместил установку на горизонтальный стол и поворачивал ее относительно стен лаборатории на любые углы вплоть до 360°. Тем не менее никакого относительного запаздывания пучков L1 и L2 обнаружено не было. Значит, в соответствии с первоначальным рассуждением надо сделать вывод, что Земля покоится относительно эфира.