Знак вопроса, 1993 № 1-2

Если эфир, рассуждал Максвелл, это мировая среда, слабо связанная с материей тел, то на поверхности Земли, движущейся по орбите вокруг Солнца со скоростью 30 км/с, должен наблюдаться эфирный ветер. Если бы можно было определить скорость света, фиксируя время, употребляемое им на прохождение от одного пункта до другого на поверхности Земли, то, сравнивая скорости движения в противоположных направлениях, мы могли бы определить скорость эфира по отношению к этим земным пунктам.

К сожалению, отметил Максвелл, все методы измерения требуют возвращения света в исходную точку для сравнения сдвига фазы. При этом весь эффект от увеличения скорости света по направлению ветра будет сильно уменьшен за счет замедления света при движении в обратном направлении. Разность времен за счет движения Земли составила бы всего одну стомиллионную долю всего времени перехода и, следовательно, была бы совершенно незаметна. А жаль! Ведь в случае удачи эксперимента мы могли бы получить прямое свидетельство абсолютного движения Земли в мировом пространстве относительно эфира.

В общем, судя по всему, Максвелл вовсе не был уверен, что его теоретические рассуждения можно осуществить на практике. Однако иного мнения придерживался молодой американский физик Альберт Майкельсон. Находясь на стажировке в Берлинском университете, он поставил эксперимент, позволяющий в принципе обеспечить необходимую точность.

Суть этого знаменитого эксперимента, описанного во многих учебниках физики, состоит в следующем. Если свет от источника расщепить и пропустить один луч вдоль направления эфирного ветра туда и обратно, а другой луч от того же источника пропустить туда и обратно в перпендикулярном направлении, то после сложения этих лучей должна возникнуть интерференционная картина. Если после этого весь прибор повернуть на угол 90 градусов в горизонтальной плоскости, то лучи поменяются местами, и интерференционные полосы должны сместиться на величину, пропорциональную длине оптического пути и квадрату отношения скоростей Земли и света.

Первый эксперимент, повторяю, был поставлен Майкельсоном в Берлине, но там у него ничего не получилось. В большом городе вообще нельзя проводить опыты подобного рода: даже шаги на тротуаре по соседству с лабораторией приводили к размыву картинки, делали наблюдения невозможными. Поэтому в дальнейшем опыты были перенесены в Потсдам, в подвал астрофизической обсерватории. Но и здесь наблюдения можно было проводить лишь глубокой ночью, когда жизнь по соседству замирала.

Все же в 1881 году Майкельсон опубликовал первый отчет о своей работе. Неожиданным в ней явилось то, что смещения полос оказались в 10 раз меньшими, чем ожидалось. Но все-таки смещение было отмечено!

В последующие годы эксперимент неоднократно повторялся и совершенствовался. Перемещение всей установки на платформу, плавающую в ртути, позволило избавиться от влияния посторонних вибраций. Так что, когда 8, 9 и 11 июля 1887 года А.Майкельсон повторил свой эксперимент вместе с профессором Э. Морли, результаты его оказались достаточно наглядными. Смещения хоть и оказались меньшими, чем показывала теория, но они были! Ни о каком «нуле» показаний, о котором впоследствие столько толковали сторонники специальной теории относительности, и речи быть не могло!

В поисках ответа на вопрос, почему смещение столь мало, участники эксперимента пришли к выводу, что на результаты, вероятно, оказывают влияние близость поверхности Земли и тот факт, что лаборатория находится в подвале. Опыты было решено перенести на высокую, отдельно стоящую гору.

И вот в 1904–1905 годах Э. Морли и Д. Миллером был проведен ряд измерений на Кливлендских высотах на высоте 250 метров над уровнем моря. Даже столь небольшого возвышения оказалось достаточно для проявления положительного эффекта. Однако и здесь скорость эфирного ветра оказалась не 30 км/с, как ожидалось, а всего лишь 3–3,3 км/с, то есть опять-таки вдесятеро меньшей. Такая величина была непонятной, но показания прибора были достаточно уверенными, повторялись раз за разом.

Но именно в то время двадцатишестилетний А.Эйнштейн предложил теорию, в качестве исходного постулата в которой положено предположение, что в природе вообще не существует эфирный ветер, а значит, и сам эфир вообще.

Шум в науке, произведенный этой теорией, оказался значительно больше, чем необъяснимые результаты опытов Морли и Миллера, Морли вообще вскоре самоустранился от дальнейших работ в этом направлении. Другие участники экспериментов оказались, впрочем, куда упорнее. Они подождали, пока бум вокруг специальной теории относительности несколько поутихнет, и продолжили свои опыты.

В период с 1921 по 1925 год было проведено в общей сложности около 100000 отсчетов и было установлено: Земля обдувается эфирным ветром вовсе не из-за ее орбитального движения, которое вносит весьма незначительный вклад в результаты измерений. Главное, обдув со скоростью порядка 400 км/с производится со стороны звезды Дзета из созвездия Дракона почти перпендикулярно плоскости эклиптики.