Формулу света вывели по законам искусства

Два великих физика имели одинаковое имя и одинаковое хобби. Имя — Альберт, хобби — игра на скрипке. Всё другое было разным: год рождения, сфера исследований, судьба, характер. Тем не менее свершения Альберта Эйнштейна и Альберта Майкельсона оказались неразрывно связанными.

В погоне за "эфирным ветром"

Это похоже на мистику, но Майкельсон опубликовал сообщение о первом из своих знаменитых опытов, создавших экспериментальную основу для эйнштейновской теории относительности, именно в тот год, когда родился Эйнштейн. Майкельсону было тогда 26 лет. И столько же было Эйнштейну, когда он опубликовал свою теорию.

Прибор, при помощи которого Майкельсон пытался обнаружить "эфирный ветер". Чтобы избежать влияния малейших вибраций на результат, физик придумал любопытную конструкцию: система зеркал покоилась на массивном камне, который опирался на деревянный поплавок, плавающий в ртути.

Весной 1879 года Америку облетела сенсационная новость. В газете "Нью-Йорк таймс" сообщалось о замечательном научном достижении, совершённом в городе рудокопов Вирджиния-Сити, штат Невада. "Младший лейтенант морской службы, — писала газета, — выпускник Морской академии Альберт А. Майкельсон, которому нет ещё двадцати семи лет, измерил скорость света".

Невадские рудокопы отнеслись к этому сообщению довольно равнодушно, но научный мир сразу же оценил его важность. Проблема скорости света интересовала учёных с древних времён, но до Майкельсона были известны лишь несколько попыток измерить её. Наиболее удачными оказались опыты французских учёных Физо и Фуко. Однако Майкельсона не удовлетворяли имевшиеся результаты. Задавшись целью измерить скорость света с предельной точностью, он усовершенствовал схему Фуко и провёл эксперимент с необыкновенным мастерством. И хотя полученная Майкельсоном цифра впоследствии неоднократно им же уточнялась, физики поняли: среди них появился виртуоз-экспериментатор. Но тогда ещё трудно было представить, что в будущих учебниках физики он займёт несравненно большее место, чем Физо и Фуко.

А пока… Интерес крупнейших учёных к первой публикации Майкельсона "Экспериментальное определение скорости света", напечатанной в солидном научном журнале "American Journal of Science", сопровождался некоторым недоумением. Майкельсон? Да кто такой, этот морской офицер, чтобы соперничать с дипломированными физиками в решении задачи неимоверной сложности?

Биография Альберта Майкельсона

Альберт Майкельсон родился 19 декабря 1852 года в польском местечке Стрельно, принадлежавшем в то время Германии. Когда ребёнку исполнилось два года, семья эмигрировала в Америку. Отец Альберта, Сэмюэль Майкельсон, владевший в Стрельно небольшим галантерейным магазином, сначала работал ювелиром в Нью-Йорке, затем переехал с семьёй к своей сестре в Калифорнию. Это был период калифорнийской "золотой лихорадки". Толпы золотоискателей и весёлых бродяг, шумных торговцев и отчаянных головорезов составляли население "лагеря Мэрфи", где Сэмюэль открыл маленькую галантерейную лавочку. Однажды в лавку зашёл бородатый золотоискатель с чёрным футляром под мышкой. Притаившийся в углу Альберт со страхом глядел на заросшее лицо незнакомца.

— Что ты так испугался, малыш? — спросил золотоискатель. — Хочешь, я тебя развеселю?

Бородач вынул из футляра скрипку и начал играть. Волшебные звуки очаровали мальчика. Золотоискатель оказался хорошим музыкантом. Он привязался к Альберту и стал учить его игре на скрипке, а тот старательно упражнялся и вскоре научился очень неплохо играть. В тринадцать лет мальчика определили в среднюю школу в Сан-Франциско. Директор поселил его в своём доме и быстро обнаружил у воспитанника незаурядные способности к механике. Они были настолько явными, что Альберту поручили ремонт нехитрого школьного оборудования, за что платили три доллара в месяц. После окончания школы на семейном совете было решено: надо поступать в Морскую академию. Она давала прекрасное образование, возможность блестящей карьеры и, что было немаловажно для небогатой многодетной семьи, государственное содержание со стипендией 500 долларов в год.

Новоиспечённый кадет успевал по всем предметам весьма средне, за исключением естественных наук и математики. Он занимался боксом, став "первой перчаткой" академии в лёгком весе, фехтованием, теннисом и рисованием. Отслужив два обязательных года морской службы на нескольких кораблях, Майкельсон получил предложение преподавать физику и химию в академии. И с радостью согласился.

Он словно проснулся. До этого его жизнь — цепочка довольно заурядных событий: служба, спорт, музыка, рисование… Женитьба в 24 года. Что его ждёт дальше? Больше всего на свете его интересует физика, и особенно оптика.

Майкельсон сознавал, что избранный им путь тернист. Чтобы улучшить результаты, требовались идеально отшлифованные зеркала, точные механические приспособления. У него не было средств на приобретение дорогостоящего оборудования. Преподавая физику в Морской академии, Майкельсон понял, что ему необходимо углубить знания в области оптики.

С согласия начальства в 1880 году он отправляется на стажировку в Европу. Посещает университеты Франции и Германии, слушает лекции выдающихся европейских физиков. В Берлине некоторое время работает в лаборатории знаменитого Гельмгольца. И тут его осеняет блестящая идея.

Как распространяется свет

В то время учёные были убеждены, что свет распространяется в некой светоносной среде — эфире, незримо заполняющем всё пространство во Вселенной.Здесь усматривалась аналогия со звуком: звук может распространяться только в какой-либо среде — в воздухе, воде, металле и т. п. Если источник звука поместить в вакуум, звук исчезнет, так как он порождается колебаниями частиц среды. Но свет распространяется и в вакууме! Значит, должна быть какая-то особая невидимая среда, которая "переносит" свет. Её и назвали эфиром. Отрицать существование эфира считалось верхом абсурда, хотя природа этой эфемерной субстанции оставалась непонятной, различные гипотезы противоречили друг другу. Далее: неподвижен ли этот таинственный эфир, или, как считали некоторые, Земля при своём вращении и движении по орбите увлекает его за собой? Большинство учёных полагало, что эфир неподвижен. Но тогда наблюдатель, находящийся на Земле и несущийся с ней в пространстве, мог бы зарегистрировать "эфирный ветер", подобно тому, как, высунув голову из окна движущегося поезда, мы ощущаем ветер, хотя воздух за окном совершенно спокоен.

Эксперимент Майкельсона-Морли

Идея Майкельсона заключалась в том, как обнаружить этот самый "ветер". Для этого он изобрёл оптический прибор, получивший название "интерферометр Майкельсона", широко применяемый в оптических исследованиях и сегодня. Результат эксперимента обескуражил Майкельсона. Несмотря на чрезвычайно высокую чувствительность прибора, он не обнаружил никакого эфирного ветра! Это казалось невероятным. Но факты — упрямая вещь, и скрепя сердце Майкельсон публикует свой вывод: эфирного ветра не существует, следовательно, гипотеза неподвижного эфира ошибочна.

…Профессор химии Эдвард Морли являл собой, казалось, полную противоположность Майкельсону. Он был очень религиозен и окончил духовную семинарию; химия была его любительским увлечением и стала профессией только после того, как ему не удалось получить духовную кафедру. Майкельсон же был атеистом, но не вмешивался в религиозное воспитание детей, которым занималась жена. Стройный, спортивный, всегда безупречно одетый, Майкельсон сильно контрастировал с Морли, который был небрежен в одежде, отрастил шевелюру до плеч и усы почти до ушей. Но многое их и объединяло: любовь к музыке (Морли был великолепным органистом), исключительная тщательность в проведении исследований, изобретательность в технических усовершенствованиях. Они вдвоём и выполнили задуманный Майкельсоном эксперимент, лежащий на пределе возможностей экспериментальной техники. Были использованы все мыслимые средства для исключения посторонних помех и вибраций. Регулировка уникального прибора заняла несколько месяцев. И опять результаты повергли Майкельсона в полное недоумение: движение Земли никак не влияло на скорость света. Это был смертный приговор неподвижному эфиру (через 10 лет Майкельсон провёл опыт, показавший несостоятельность и гипотезы увлекаемого эфира). Более того, приходилось признать совершенно невероятную вещь: скорость света не зависит от направления движения наблюдателя. То есть двигаемся ли мы вдоль луча света или в обратном направлении, свет будет по-прежнему убегать от нас с постоянной скоростью 300 тысяч километров в секунду. Или по-другому: как бы быстро ни бежал за светом его источник, догнать свет невозможно.

Эксперимент Майкельсона-Морли вызвал полнейшее смятение в умах учёных. Физики лихорадочно стали искать выход. Запутанный клубок противоречий распутал лишь в 1905 году Эйнштейн — в его специальной теории относительности, логично объяснившей всё без всякого эфира. На своего тёзку Альберт указал как на "крёстного отца" теории.

Альберт Майкельсон вошёл в историю науки как гений физического эксперимента, непревзойдённый мастер прецизионных измерений. Диапазон выполненных им работ поразителен — от точнейшего измерения длины световой волны (порядка 0,5 микрона) до измерения диаметра гигантской звезды Бетельгейзе (примерно 380 миллионов километров). В 1907 году ему была присуждена Нобелевская премия по физике.

Майкельсон как человек искусства

Львиную долю своего времени он отдавал научной работе. Но когда на него "находило настроение", уходил на берег моря или в горы, взяв с собой акварельные краски и мольберт. Однажды его уговорили дать несколько акварелей на выставку в Чикагском университете. Одна из посетительниц выставки подошла к нему и сказала:

— Мистер Майкельсон, по-моему, вы совершили ошибку, отказавшись от искусства в пользу науки.

Майкельсон пристально посмотрел на собеседницу и произнёс:

— Но я и не думал отказываться от искусства. Ведь только в науке искусство может найти своё высочайшее выражение.

Гении не бывают без странностей. При всей своей любви к живописи Майкельсон никогда не заходил в картинные галереи. Испытывая большое удовольствие от игры на скрипке, очень редко посещал концерты. Заинтересовавшись такими далёкими от его профессии предметами, как зоология и ботаника, Майкельсон опубликовал работу "О металлической окраске птиц и насекомых" со своими собственными рисунками.

После смерти Альберта Майкельсона о нём много говорили и писали. Но, пожалуй, суть дела лучше всего выразил его великий тёзка Альберт Эйнштейн:

"Доктор Майкельсон был одним из величайших художников в мире научного эксперимента".

На иллюстрациях — письмо Майкельсона к знаменитому учёному Анри Пуанкаре. Американский физик благодарит француза за подтверждение своих идей, как пишет Майкельсон, "высказанное таким высоким авторитетом", и просит его выступить с комментариями в Natur.

Некоторые учёные не верят в это до сих пор, находят в опытах Майкельсона-Морли ошибки и призывают пересмотреть теорию относительности Эйнштейна.