Опыты Майкельсона – Гаэля и Миллера

В 1925г. Майкельсоном совместно с Гаэлем был выполнен опыт, целью которого было обнаружение «эфирного ветра», обусловленного суточным вращением Земли. Схема опыта Майкельсона – Гаэля приведена на рис.3. Луч света, попадая на полупрозрачное зеркало D, разделяется на два луча, движущихся во взаимно противоположных направлениях в трубах, проложенных по земле. Так как изменять скорость вращения установки в этом опыте невозможно, «...Майкельсон сделал два контура – большой DABCD... и малый DAB'C'D" [2]. Один из лучей света движется по контуру DABCD, второй – по контуру DAB'C'D. Поскольку BC равно B'C', то разность времен хода лучей в установке обусловлена разностью длин l=AB+CD и l'=AB'+C'D.

Рис 3. Схема опыта Майкельсона – Гаэля

Как отмечает С.И.Вавилов, «...площадь малого контура... настолько мала, что смещением, вызываемым вращением Земли.., можно пренебречь» [1]. В действительности, однако, это не так: разность времен хода лучей обусловлена именно разностью длин l и l'. При l'=0 никакой разности времен не возникает.

При выполнении этого опыта наблюдалась интерференционная картина, соответствующая скорости суточного вращения Земли. Как считает Л.И.Мандельштам, опыт Майкельсона – Гаэля «Это повторение опыта Саньяка, но вращение установки обусловлено вращением Земли» [2].. В действительности, опыт Майкельсона – Гаэля – это повторение опыта Майкельсона – Морли. Известно, что прибор в опыте Майкельсона – Морли можно было установить так, чтобы положение одного из плеч прибора соответствовало направлению суточного вращения Земли. Чувствительность прибора и точность измерений в опыте Майкельсона – Морли были не ниже, чем в опыте Майкельсона – Гаэля. Однако ни при каком положении прибора в опыте Майкельсона – Морли «эфирный ветер», в том числе и обусловленный суточным вращением Земли, обнаружен не был. Точно так же и в опыте Майкельсона – Гаэля «эфирный ветер», обусловленный орбитальным движением Земли, не был обнаружен, хотя направление суточного движения Земли почти параллельно направлению ее орбитального движения. Это дает основания утверждать, что и в опыте Майкельсона – Гаэля «эфирный ветер», обусловленный суточным вращением Земли, также не был обнаружен.

В опыте Майкельсона – Морли лучи света движутся в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Очевидно, что, изменяя длину одного из плеч прибора, можно получить интерференционную картину, соответствующую ожидаемой скорости «эфирного ветра».

В опыте Майкельсона – Гаэля, где наблюдаемая интерференционная картина обусловлена именно разностью длин l и l', всегда можно подобрать такие размеры AB' и C'D, чтобы наблюдаемая при этом интерференционная картина соответствовала ожидаемой скорости «эфирного ветра». Не имеет значения, является ли совпадение размеров большого и малого контуров в опыте Майкельсона – Гаэля случайным, или же оно было преднамеренным, важно другое – «эфирный ветер», обусловленный суточным вращением Земли, который не был обнаружен в опытах Майкельсона – Морли, не мог быть обнаружен и в опытах Майкельсона – Гаэля.

В 1921г. «...Миллер установил интерферометр... на горе Маунт – Вильсон на высоте 6000 футов. Был обнаружен дрейф эфира около 10км/с в направлении на северо-запад. Возникло подозрение о том, что наблюдаемый эффект обязан происхождением магнитострикции. Стальная основа, несущая зеркала, была заменена алюминиевой и деревянной. Результат был тот же, что и раньше. Миллер истолковал результаты опытов так: обнаружен дрейф Земли относительно эфира... по направлению к созвездию Дракона. В 1926г. Кеннеди построил интерферометр... Оптическая часть прибора помещалась в герметический металлический корпус... Скорости 10км/с соответствовал сдвиг 0,008 полосы. В действительности сдвиг обнаружить не удалось. Последним из серии контрольных опытов был опыт, поставленный Иосом в 1930г. в Иене. Интерферометр, смонтированный на кварцевом основании, помещался в герметический металлический кожух, из которого откачивался воздух. Верхняя граница регистрируемого эфирного дрейфа составляла 1,5км/с... в 1933г. в... статье об итогах своих работ Миллер отказался признать, что эксперименты последних лет отвергают его результаты. По его мнению, во всех... опытах, где интерферометр был заключен в металлический корпус или помещался в комнатах с массивными стенами, ниже уровня Земли и т.д. были нарушены условия для свободного движения эфира» [3]. Так был ли обнаружен «эфирный ветер» в опытах Миллера или нет?

Схема опыта Майкельсона – Морли ничем принципиально не отличается от опыта Миллера. В опыте Майкельсона – Морли прибор можно было ориентировать в каком угодно направлении, однако ни при каком положении прибора «эфирный ветер» не наблюдался. Можно предположить, что чувствительность прибора в опыте Миллера значительно выше, чем в опыте Майкельсона – Морли. В действительности, чувствительность прибора в опытах Майкельсона – Морли оказывается вполне достаточной, если мы учтем следующее обстоятельство.

Как следует из правильного анализа теории этого опыта, луч света, движущийся от полупрозрачного зеркала к зеркалу С перпендикулярно направлению движения прибора, отклоняется в направлении, обратном предполагаемому движению прибора, т.е. в направлении движения «эфирного ветра», обусловленного движением прибора, как это изображено на рис.4.

Рис. 4. Движущийся прибор

Величина смещения точки С относительно точки C' определяется следующим соотношением:

СС'=Lv/c.

где L – длина каждого из плеч прибора.

Известно, что в опытах Майкельсона – Морли, выполненных в 1887г., величина L была равна 30 метрам. Тогда величина отклонения точки С от точки С' оказывается равной 3 миллиметрам (!) и могла бы быть обнаружена даже невооруженным глазом, однако ничего подобного не наблюдалось. Следовательно, не наблюдалось никакого «эфирного ветра» вследствие полного увлечения эфира атмосферой Земли при ненулевой ее вязкости, поэтому никакого «эфирного ветра» не могло наблюдаться и в опытах Миллера. Наблюдаемый в опытах Миллера эффект никак не связан с движением Земли относительно мирового эфира.

В опытах Миллера обращают на себя внимание следующие обстоятельства:

направление на созвездие Дракона, в котором наблюдается наибольший эффект, совпадает с направлением на северный магнитный полюс Земли – отсюда и возникло подозрение, что причиной обнаруживаемого в опытах Миллера эффекта является магнитострикция;

эффект уменьшается или исчезает вовсе, когда интерферометр помещается в металлический ящик, в комнатах с массивными стенами, ниже уровня Земли и т.д., – во всех этих случаях магнитное поле Земли ослабляется; ослабляется также и эффект, обнаруживаемый в опытах Миллера.

Перечисленные обстоятельства дают достаточные основания полагать, что эффект Миллера связан именно с магнитным полем Земли и означает, что скорость света в опытах Миллера в направлении вдоль линий магнитного поля Земли и в направлении, перпендикулярном этим линиям, оказывается различной. Не имеет значения, обусловлено ли это различие изменением коэффициента преломления газов, входящих в состав атмосферы, под воздействием магнитного поля Земли или же это различие обусловлено взаимодействием света, имеющего электромагнитную природу, с магнитным полем Земли, важно то, что эффект Миллера никак не связан с движением Земли – «эфирный ветер», обусловленный движением Земли, не обнаруживается никакими опытами, что вполне соответствует опытам Саньяка – отсутствие движения относительно воздуха означает то же самое, что и отсутствие движения относительно эфира.