На основе волновой теории нам удалось постичь разнообразнейшие
свойства света. Световые волны блещут всеми цветами радуги - от зеленого
до пурпурного - в богатой раскраске тонких "пленок". В увеличенном
масштабе мы можем даже пересчитать эти волны, наблюдая тонкие полоски
дифракционной картины. И все-таки волновой теории недостает решающего
звена: носителя, или среды, в которой распространяются эти волны,- о ней
волновая оптика умалчивает! Этот главный вопрос в теории света тщательно
обходится, на него наложено "табу". Мы уже упоминали об эфире. Если бы
он в действительности существовал и его частицы переносили бы свет,
подобно тому как частицы воздуха переносят звук, то оптические процессы
получили бы механистическое истолкование. Тогда оказалось бы возможным
включить оптику в хорошо разработанную систему механики, необычайно
упростив тем самым физическую картину мира.
В конце прошлого столетия почти всем физикам подобная задача
представлялась вполне достижимой. Необходим был решающий "великий
эксперимент". Прямое доказательство существования эфира действительно
явилось бы достойным завершением почти двухсотлетних усилий лучших умов.
И такой эксперимент в 1881 г. поставил в Потсдаме американский ученый
Альберт Майкельсон (1852-1931). Идея эксперимента была весьма проста.
Земля движется по орбите вокруг Солнца со скоростью v около 30 км/с.
Если бы мировое пространство действительно заполнял
эфир, Земля продвигалась бы в "эфирном море", подобно самолету в
воздухе. Световой луч, испущенный в направлении движения, должен был бы
испытывать действие своего рода встречного "эфирного ветра". По
отношению к поверхности Земли этот луч распространялся бы со скоростью
с-v, тогда как в противоположном направлении луч двигался бы со
скоростью с + v. Поскольку различия во времени распространения должны
были быть крайне малы, Майкельсон в 1887 г. в Кливленде с величайщей
тщательностью провел новый эксперимент.
На вмурованных в землю опорах был установлен заполненный ртутью круглый
сосуд диаметром 1,5 м. В нем на деревянном поплавке, защищенный от
внешних сотрясений, вращался большой блок из известняка. На самом блоке
была смонтирована установка, упрощенная схема которой изображена на рис.
25. Световой луч извне падал на наклонную слегка посеребренную
стеклянную пластину 77, которая разделяла луч надвое. Одна часть луча
отражалась от пластины в сторону зеркала Зг и затем, отразившись от
этого зеркала, возвращалась к пластине П. Вторая часть луча,
распространяясь перпендикулярно первой, проходила насквозь стеклянную
пластинку 77 и падала на зеркало 32, возвращаясь затем снова на
пластинку 77. Одно из зеркал с помощью регулировочного винта можно было
слегка отклонять от вертикали. Таким образом, пространство между
зеркалами играло роль своеобразного "воздушного клина". При
воссоединении двух частей исходного луча в окуляре наблюдалась система
горизонтальных. интерференционных полос, причем оптические длины путей
("плечи") Zi и /2 обоих лучей были точно равны.
Рис. 25. Опыт Майкельсона.
Рис. 26. Интерферометр Цейса-Иооса (1930 г.).
Пусть плечо L ориентировано вдоль
направления движения Земли; тогда свет в этом плече один раз пробегал бы
в направлении, совпадающем с встречным потоком эфира, а другой - в
противоположном направлении (предполагается, что сам эфир покоится). В
плече L2, расположенном перпендикулярно плечу
L1 свет дважды пробегал бы поперек потока
эфира. Нетрудно показать, что на прохождение пути L1
свету потребовалось бы немного больше времени, чем на прохождение пути
L2. Разность хода таких лучей должна составить
около половины длины волны. Поворачивая затем весь аппарат на 90° и
меняя тем самым плечи L1 и
L2, можно было получить сдвиг в целую длину волны; тогда
положение видимых в окуляр интерференционных полос должно было бы резко
измениться, и этот эффект можно было бы легко наблюдать.
Однако сколько ни вращали установку в опыте Майкельсона,
интерференционные полосы и не думали менять свое положение. Они
оставались строго прямыми, наблюдались лишь несущественные колебания в
пределах точности аппаратуры. Что же, опыт оказался неудачным? Напротив!
Именно он окончательно доказал отсутствие в природе эфира, а также
постоянство скорости света и ее независимость от характера движения
источника света. Позднейшие опыты со все возрастающей точностью
подтверждали этот результат.
Оптическая аппаратура, сконструированная Иосом в 1930 г. на заводе
Цейса, отличалась большим техническим совершенством (рис. 26). Она была
столь чувствительна, что реагировала на колебания температур порядка 0,1
градуса и на любое движение находящегося в отдалении человека.
Интерференционные полосы наносились на автоматически движущуюся ленту. С
помощью этой установки удавалось измерять сдвиг до 1/1000 длины волны
используемого света. Эффект, обусловленный покоящимся эфиром, по
расчетам должен был составлять 0,8 длины волны. Однако результат вновь
оказался отрицательным!
