МА́ЙКЕЛЬСОНА О́ПЫТ

МА́ЙКЕЛЬСОНА О́ПЫТ (Май­кель­со­на – Мор­ли опыт), опыт, по­став­лен­ный А. А. Май­кель­со­ном в 1881 с це­лью из­ме­ре­ния влия­ния дви­же­ния Зем­ли на ско­рость све­та.

Схема опыта Майкельсона: М1, М2 – отражающие зеркала; P – полупрозрачная пластинка.

В кон. 19 в. пред­по­ла­га­лось, что свет рас­про­стра­ня­ет­ся в эфи­ре – не­ко­то­рой уни­вер­саль­ной сре­де, за­пол­няю­щей всё ми­ро­вое про­стран­ст­во и про­ни­зы­ваю­щей все те­ла. Счи­та­лось, что эфир ли­бо не­под­ви­жен, ли­бо час­тич­но ув­ле­ка­ет­ся те­ла­ми при их дви­же­нии. К та­ко­му вы­во­ду фи­зи­ки при­шли, ис­хо­дя из ас­тро­но­мич. на­блю­де­ний, в ко­то­рых про­яв­ля­лась абер­ра­ция све­та, и из ре­зуль­та­тов Фи­зо опы­та по рас­про­стра­не­нию све­то­вых волн в дви­жу­щих­ся сре­дах. Осо­бен­но­сти по­ве­де­ния эфи­ра, по мне­нию Май­кель­со­на, де­ла­ли воз­мож­ным об­на­ру­же­ние «эфир­но­го вет­ра», свя­зан­но­го с дви­же­ни­ем Зем­ли во­круг Солн­ца. Свой опыт он про­вёл с ис­поль­зо­ва­ни­ем ин­тер­фе­ро­мет­ра (рис.). Ес­ли пле­чо ин­тер­фе­ро­мет­ра PM₂ сов­па­да­ет с на­прав­ле­ни­ем дви­же­ния Зем­ли от­но­си­тель­но эфи­ра, то вре­мя про­хо­ж­де­ния лу­чом 1 до зер­ка­ла M₁ и об­рат­но бу­дет от­ли­чать­ся от вре­ме­ни про­хо­ж­де­ния пу­ти PM₂P лу­чом 2. То­гда да­же при ра­вен­ст­ве длин обо­их плеч ме­ж­ду лу­ча­ми 1 и 2 воз­ник­нет не­ко­то­рая раз­ность хо­да. Ес­ли по­вер­нуть при­бор на 90°, то пле­чи по­ме­ня­ют­ся мес­та­ми и раз­ность хо­да из­ме­нит знак. Это долж­но при­вес­ти к сме­ще­нию ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны, воз­ни­каю­щей при со­вме­ще­нии лу­чей. Рас­чёт по­ка­зы­ва­ет, что при не­под­виж­ном эфи­ре это сме­ще­ние, вы­ра­жен­ное в до­лях ши­ри­ны ин­тер­фе­рен­ци­он­ной по­ло­сы, рав­но △ = 2(l/λ)(v²/c²), где l – дли­на пле­ча ин­тер­фе­ро­мет­ра, λ – дли­на вол­ны при­ме­няв­ше­го­ся све­та (жёл­тая ли­ния Na), v – ор­би­таль­ная ско­рость Зем­ли, c – ско­рость све­та. Так как ве­ли­чи­на v/c по­ряд­ка 10^–4, ожи­дав­шее­ся сме­ще­ние очень ма­лó и долж­но бы­ло со­ста­вить все­го 0,04. Опыт по­зво­лял из­ме­рить сме­ще­ние на 0,01 ширины ин­тер­фе­рен­ци­он­ной по­ло­сы. Май­кель­сон по­счи­тал ре­зуль­тат сво­его экс­пе­ри­мен­та от­ри­ца­тель­ным и при­шёл к за­клю­че­нию о не­вер­но­сти ги­по­те­зы не­под­виж­но­го эфи­ра.

Май­кель­сон по­вто­рил (1885–87) совм. с амер. фи­зи­ком Э. Мор­ли опыт с ин­тер­фе­ро­мет­ром, зна­чи­тель­но его усо­вер­шен­ст­во­вав. Ин­тер­фе­ро­метр ус­та­нав­ли­вал­ся на мас­сив­ной пли­те, пла­ваю­щей в рту­ти, для то­го что­бы он мог плав­но по­во­ра­чи­вать­ся. Дли­на оп­тич. пу­ти в пле­чах за счёт мно­го­крат­ных от­ра­же­ний до­во­ди­лась до 11 м, и ожи­дае­мое сме­ще­ние со­став­ля­ло △ ≈ 0,4. При­бор по­зво­лял об­на­ру­жить сме­ще­ние ок. 0,01 ширины по­ло­сы. Од­на­ко ни­ка­ко­го сме­ще­ния ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны не бы­ло за­фик­си­ро­ва­но. Опыт мно­го­крат­но по­вто­рял­ся в разл. вре­мя го­да и су­ток (за год век­тор ор­би­таль­ной ско­ро­сти Зем­ли по­во­ра­чи­ва­ет­ся в про­стран­ст­ве на 360°), од­на­ко эфир­ный ве­тер ни­как се­бя не об­на­ру­жи­вал.

В 1964 амер. фи­зи­ки по­вто­ри­ли М. о., ис­поль­зо­вав в ка­че­ст­ве ис­точ­ни­ков све­та два ге­лий-не­оно­вых ла­зе­ра с вы­со­кой ко­ге­рент­но­стью из­лу­че­ния, и при ещё боль­шей точ­но­сти из­ме­ре­ний по­лу­чи­ли от­ри­цат. ре­зуль­тат. К та­ко­му же ре­зуль­та­ту при­во­дят совр. ва­ри­ан­ты М. о., ис­поль­зую­щие оп­тич. и крио­ген­ные мик­ро­вол­но­вые ре­зо­на­то­ры, по­зво­ляю­щие об­на­ру­жить от­кло­не­ние ско­ро­сти с точ­но­стью 10^–16.

По­сле от­ри­цат. ре­зуль­та­та М. о. пред­при­ни­ма­лись по­пыт­ки объ­яс­нить его без от­ка­за от ги­по­те­зы о ми­ро­вом эфи­ре. Так, Х. А. Ло­ренц ещё в 1892 пред­по­ла­гал, что из-за со­про­тив­ле­ния, ока­зы­вае­мо­го эфи­ром дви­же­нию тел, их раз­ме­ры в на­прав­ле­нии дви­же­ния со­кра­ща­ют­ся, что ком­пен­си­ру­ет ин­тер­фе­рен­ци­он­ный эф­фект в М. о. Од­на­ко эта по­пыт­ка со­хра­нить эфир­ную па­ра­диг­му из-за внутр. про­ти­во­ре­чий не по­лу­чи­ла даль­ней­ше­го раз­ви­тия.

Ис­чер­пы­ваю­щее не­про­ти­во­ре­чи­вое объ­яс­не­ние всех опыт­ных фак­тов, ха­рак­те­ри­зую­щих рас­про­стра­не­ние све­та в дви­жу­щих­ся сис­те­мах от­счё­та, в т. ч. и ре­зуль­та­тов М. о., да­но А. Эйн­штей­ном в 1905. Эйн­штейн рас­про­стра­нил прин­цип от­но­си­тель­но­сти Га­ли­лея на все без ис­клю­че­ния фи­зич. яв­ле­ния. Он по­сту­ли­ро­вал, что ско­рость све­та в пус­то­те оди­на­ко­ва во всех инер­ци­аль­ных сис­те­мах от­счё­та и не за­ви­сит от дви­же­ния ис­точ­ни­ков и при­ём­ни­ков све­та. Этот прин­цип по­сто­ян­ст­ва ско­ро­сти све­та лёг в ос­но­ву соз­дан­ной Эйн­штей­ном спец. тео­рии от­но­си­тель­но­сти, оп­ре­де­лив­шей совр. пред­став­ле­ния о про­стран­ст­ве и вре­ме­ни.