Естественнонаучная картина мира - [53]

Поскольку самим Аристотелем эфир понимался как «бестелесный» или «неощущаемый», то отсутствие связанных с эфиром физических эффектов в экспериментах легко оправдывалось, а сам эфир работал в качестве своеобразной невидимой палочки-выручалочки. Тем не менее развитие экспериментальной и теоретической базы позволило поставить вопрос об эфире и его сути практически. Если эфир существует, то он должен быть обнаружен в опыте – такая установка возникла в конце XIX в. Именно эту задачу попытался осуществить Альберт Майкельсон (будущий первый американский нобелевский лауреат по физике) совместно с Эдвардом Морли в 1887 г. Майкельсон имел богатый экспериментальный опыт в области измерений и был уверен в успехе. Залогом успеха был тщательно продуманный эксперимент – а по этой части Майкельсон, наверное, не уступал самому Фарадею.

Эксперимент этот был прост, как и все гениальное, и состоял в измерении скорости света для луча, пущенного во взаимоперпендикулярных направлениях. Представим себе луч света (2), выпущенный в некоторой системе отсчета из точки А в точку приема (зеркало) В, из которой свет вновь отражается в точку А. Расстояние от А до В примем за постоянное, равное L. Эта схема хороша тем, что не требует воображения, а лишь хороших знаний математики в пределах школьного курса. Время прохождения луча от А до В и обратно будет равно 2L/с. Предположим далее, что система А-В перемещается вдоль L с некоторой скоростью V. Время прохождения луча теперь будет рассчитываться по более сложной схеме, складываясь из различных времен «туда» (А-В) и «обратно» (В-А). Опуская промежуточные расчеты, получим, что общее время в случае движения системы отличается от времени прохождения сигнала в неподвижной системе на величину 1/(1 – V²/с²). Таким образом, если система А-В перемещается, как показано выше, вдоль оси L, например, вследствие вращения Земли, на поверхности которой она установлена, то время прохождения сигнала в системе будет иным, нежели для системы в покое – если, конечно, существует абсолютная система отсчета, относительно которой и происходит движение системы.

Проблема заключается в том, что измерить с достаточной точностью столь малую величину, которой является указанная разница во времени, весьма непросто. Леон Купер сравнил подобную операцию с взвешиванием ресницы путем взвешивания человеческого тела с ресницей и без нее и последующим сравнением результатов. Поэтому можно попытаться сравнить время прохождения сигнала в движущейся системе с другим временем для той же системы. Это время можно рассчитать для системы, движущейся не вдоль оси L (иначе – не вдоль оси распространения света), а перпендикулярно ей (3). Вновь проведя несложные расчеты, получим, что разница между временем прохождения сигнала в неподвижной системе (оно так и останется 2L/с) и временем в системе движущейся составляет 1/√(1 – V²/с²). Сравнив полученные результаты, получим: 1/(1 – V²/ с²) < 1/√(1 – V²/с²~). Иначе говоря, свет проходит расстояние L медленнее, если система А-В движется вдоль оси L, а не перпендикулярно ей.

На основании этого простого для понимания опыта Майкельсон сконструировал специальный прибор, получивший впоследствии название «интерферометр», позволявший при помощи специального полупрозрачного зеркала расщеплять исходный поток света в точке А на два взаимоперпендикулярных луча. На расстоянии L эти лучи встречаются с зеркалами В и С, отражаются от них и вновь возвращаются в точку А. Как видим, интерферометр одновременно давал возможность наблюдать два описанных выше случая (2) и (3) и измерять время прохождения сигнала перпендикулярно направлению движения (А-В) и вдоль (А-С) – следовательно, в направлении вращения Земли, а измерив, сравнить. Здесь были не очень важны какие-либо точные значения сами по себе, главное было зафиксировать разность, вычисленную выше: вдоль направления движения интерферометра свет должен двигаться быстрее, чем перпендикулярно ему, а значит, оба сигнала не могли прийти в конечную точку одновременно, о чем должно было свидетельствовать явление интерференции в А.

Каков же был результат столь оригинального опыта? Результат был категоричен – никакой разницы во времени обнаружить не удалось. Это сильно обескуражило научное сообщество и, прежде всего, самого Майкельсона, убежденного в том, что в его опыте оказались неучтенными какие-то побочные привходящие факторы. Вопрос был: что это за факторы? Множество ученых взялось за их тщательный поиск.

Наиболее успешное на тот момент объяснение предложил физик и математик Лоренц. Сторонник того, что в основе строения вещества и любых тел лежат электромагнитные связи между микрочастицами (что с точки зрения современных достижений науки абсолютно верно), он предположил, что при движении микрочастицы должны сжиматься в направлении движения тела, размеры между ними должны уменьшаться, а размеры тела, таким образом, укорачиваться. Если принять эту поправку, то получается, что ось L, перемещаясь со скоростью V продольно себе самой, должна уменьшаться в размерах пропорционально множителю 1/√(1 – V