Статья в форматах PDF и DjVu (в том же журнале, что и статья Майкельсона и Морли про эфирный ветер).

LIX. On a Method of making the Wave-length of Sodium Light the actual and practical Standard of Length. By Albert A. Michelson and Edward W. Morley

О способе использования длины волны света натрия как реального и практичного стандарта длины. Альберт А. Майкельсон и Эдвард В. Морли.

[10] THE first actual attempt to make the wave-length of sodium light a standard of length was made by Peirce [11]. [10] Первая реальная попытка использовать длину волны натриевого света в качестве стандарта длины была сделана Пирсом (Peirce, 1879) [11].
This method involves two distinct measurements: first, that of the angular displacement of the image of a slit by a diffraction-grating, and second, that of the distance between the lines of the grating. Этот метод включает в себя два различных измерения: во-первых, измерение углового смещения изображения щели дифракционной решеткой, а во-вторых, измерение расстояния между линиями решетки.
Both of these are subject to errors due to changes of temperature and to instrumental errors. Они оба могут быть подвержены ошибкам из-за температурных и инструментальных погрешностей.
The results of this work have not as yet been published; but it is not probable that the degree of accuracy attained is much greater than one part in fifty or a hundred thousand. Результаты этой работы пока еще не были опубликованы, но вряд ли степень точности достигают намного больше, чем 1 к 50 000 или 1 к 100 000.
More recently, Mr. Bell, of the Johns Hopkins University, using Rowland's gratings, has made a determination of the length of the wave of sodium light which is claimed to be accurate to one two hundred thousandth part [12]. Совсем недавно мистер Белл (Bell, 1887) из Университета Джона Хопкинса с помощью решеток Роуленда произвел определение длины волны света натрия с заявленной точностью до 1 к 200 000 [12].
If this claim is justified, it is probably very near the limit of accuracy of which the method admits. Если это заявление является оправданным, это, вероятно, очень близко к пределу точности, который этот метод допускает.
A short time before this, another method was proposed by Macé de Lepinay [13]. Незадолго до этого Macé de Lepinay (1886) был предложен другой метод [13].
This consists in the calculation of the number of wave-lengths between two surfaces of a cube of quartz. Он состоит в подсчете числа длин волн между двумя поверхностями куба из кварца.
Besides the spectroscopic observations of Talbot’s fringes, the method involves the measurement of the index of refraction and of the density of quartz, and it is not surprising that the degree of accuracy attained was only one in fifty thousand. Помимо спектроскопических наблюдений полос Тэлбота (Talbot), метод включает измерение показателя преломления и плотности кварца, и это не удивительно, что достигнутая точность составляет лишь 1 к 50 000.
Several years ago, a method suggested itself which seemed likely to furnish results much more accurate than either of the foregoing, and some preliminary experiments made in June have confirmed the anticipation. Несколько лет назад возникла идея метода, который выглядит дающим более точные результаты, чем любые из вышеизложенного, и некоторые предварительные эксперименты, проведенные в июне, подтвердили ожидания.
The apparatus for observing the interference phenomena is the same as that used in the experiments on the relative motion of the earth and the luminiferous æther. Аппарат для наблюдения явления интерференции является таким же, какой был использован в экспериментах по измерению относительного движения Земли и светоносного эфира.
Light from the source at s (fig. 1), a sodium-flame, falls on the plane parallel glass a, and is divided, part going to the plane mirror c, and part to the plane mirror b. Свет из источника s (рис. 1), натриевого пламени, падает на плоско-параллельное стекло a и расщепляется, частично проходя к плоскому зеркалу c и частично — к плоскому зеркалу b.
These two pencils are returned along cae and bae, and the interference of the two is observed in the telescope at e. Эти два луча возвращаются вдоль путей cae and bae, и интерференция между ними наблюдается в телескопе e.
If the distances ac and ab are made equal, the plane c made parallel with that of the image of b, and the compensating glass d interposed, the interference is at once seen. Если расстояния ac и ab сделаны равными, плоскость c сделана параллельной изображению b и между ними помещена компенсирующая пластина d, интерференция оказывается сразу же видимой.
If the adjustment be exact, the whole field will be dark, since one pencil experiences external reflexion, and the other internal. Если настройка точна, все поле будет темным, так как один луч испытывает внешнее отражение, а другой — внутреннее.
If now b be moved parallel with itself a measured distance by means of the micrometer-screw, the number of alternations of light and darkness is exactly twice the number of wavelengths in the measured distance; thus the determination consists absolutely of a measurement of a length and the counting of a number. Если теперь b будет перемещаться параллельно самому себе на измеряемое расстояние посредством микрометрического винта, число чередований светлых и темных участков окажется в точности вдвое большим, чем количество длин волн на измеряемой дистанции; поэтому определение состоит только из измерения длины и подсчета этих величин.

Figs. 1 and 2.

Рис. 1 и 2.

The degree of accuracy depends on the number of wavelengths which it is possible to count. Степень точности зависит от числа длин волн, которые возможно подсчитать.
Fizeau was unable to observe interference when the difference of path amounted to 50,000 wave-lengths. Физо был не в состоянии наблюдать интерференцию, когда разность хода составила 50 000 длин волн.
It seemed probable that with a smaller density of sodium vapour this number might be increased, and the experiment was tried with metallic sodium in an exhausted tube provided with aluminium electrodes. Казалось вероятным, что с меньшей плотностью паров натрия это количество может быть увеличено, и был испытан эксперимент с металлическим натрием в вакуумированной трубке, снабженной алюминиевыми электродами.
It was found possible to increase this number to more than 200,000. Было найдено возможным увеличить это число до значения, превышающего 200 000 длин волн.
Now it is very easy to estimate tenths or even twentieths of a wavelength, which implies that it is possible to find the number of wave-lengths in a given fixed distance between two planes with an error less than one part in two millions and probably one in ten millions. Теперь очень легко измерять десятые или даже двадцатые доли длины волны, из чего следует, что возможно найти число длин волн на данной фиксированном расстоянии между двумя плоскостями с ошибкой, меньшей, чем 1 к 2 миллионам и, вероятно, к 10 миллионам.
But the distance corresponding to 400,000 wave-lengths is roughly a decimetre, and this cannot be determined or reproduced more accurately than, say, to one part in 500,000. Но дистанция, соответствующая 400 000 длинам волн, составляет примерно дециметр, и она не может быть определена или воспроизведена более точно чем, скажем, 1 к 500 000.
So it would be necessary to increase this distance. Так что необходимо увеличить эту дистацию.
This can be done by using the same instrument together with a comparer. Это может быть сделано использованием этого же инструмента вместе с компаратором.
The intermediate standard decimetre lm (fig. 2) is put in place of the mirror b. Промежуточный стандартный дециметр lm (рис. 2) помещен на место зеркала b.
It consists of a prism of glass one decimetre long with one end l plane, and the other slightly convex, so that when it touches the plane m, Newton's rings appear, and these serve to control any change in the distance which has been previously determined in wave-lengths. Он состоит из стеклянной призмы длиной 1 дециметр с одним плоским концом l и другим слегка выпуклым, чтобы он касался плоскости m, там появляются кольца Ньютона, которые служат для контроля любых изменений в расстоянии, которое ранее было определено в длинах волн.
The end l is now adjusted so that coloured fringes appear in white light. Конец l теперь регулируется так, чтобы цветные полосы появлялись в белом свете.
These can be measured to within one twentieth of a wave-length, and probably to within one fiftieth. Они могут быть измерены с точностью до 1/20 длины волны и, вероятно, с точностью до 1/50.
The piece lm is then moved forward till the fringes again appear at m; then the refractometer is moved in the same direction till the fringes appear again at l, and so on till the whole metre has been stepped off. Часть lm затем перемещается вперед, пока полосы снова не появятся в m; тогда рефрактометр перемещается в том же направлении, пока полосы не появляются снова в l, и так далее до пошагового измерения целого метра.
Supposing that in this operation the error in the setting of the fringes is always in the same direction, the whole error in stepping off the metre would be one part in two millions. Предположим, что в этой операции ошибки в настройке полос появляются всегда в одном направлении, все ошибки в пошаговом измерении составят 1 к 2 миллионам.
By repetition this could of course be reduced. При повторении они, конечно, могут быть уменьшены.
A microscope rigidly attached to the carriage holding the piece lm would serve to compare, and a diamond attached to the same piece would be used to produce copies. Микроскоп, жестко прикрепленный к каретке, удерживающей часть lm, служит для сравнения, а присоединенный алмаз — для создания копий.
All measurements would be made with the apparatus surrounded by melting ice, so that no temperature corrections would be required. Все измерения производятся с аппаратом в окружении тающего льда, так что никаких температурных поправок не требуется.
Probably there would be considerable difficulty in actually counting 400,000 wave-lengths, but this can be avoided by first counting the wave-lengths and fractions in a length of one millimetre, and using this to step off a centimetre. Вероятно, возникли бы значительные трудности при реальном подсчете 400 000 длин волн, но этого можно избежать подсчетом сначала длин волны и их частей на длине в 1 мм и использованием этого значения для шага в сантиметр.
This will give the nearest whole number of wave-lengths, and the fractions may be observed directly. Это даст ближайшее целое число длин волн и их части, которые можно наблюдать непосредственно.
The centimetre is then used in the same way to step off a decimetre, which again determines the nearest whole number, the fraction being observed directly as before. Сантиметр затем используется таким же образом, пошагово измеряя дециметр, который вновь определяет ближайшее целое число, по частям наблюдаемое непосредственно как ранее.
The fractions are determined as follows: the fringes observed in the refractometer under the conditions above mentioned can readily be shown to be concentric circles. Доли [длины волны] определяются следующим образом: полосы, наблюдавшиеся в рефрактометре при условиях, упомянутых выше, могут быть легко показаны как концентрические круги.
The centre has the minimum intensity when the difference in the distances ab ac is an exact number of wave-lengths. Центр имеет минимальную интенсивность, когда разница в расстояниях ab ac составляет точное число длин волн.
The diameters of the consecutive circles vary as the square roots of the corresponding number of waves. Диаметры последовательных кругов изменяются как квадратные корни из соответствующего числа волн.
Therefore, if x is the fraction of a wave-length to be determined, and y the diameter of the first dark ring, d being the diameter of the ring corresponding to one wave-length, then Таким образом, если x является частью длины волны, которая подлежит определению, и y — диаметр первого темного кольца, а d — диаметр кольца, соответствующий одной длине волны, то
There is a slight difficulty to be noted in consequence of the fact that there are two series of waves in sodium-light. Существует небольшая трудность, которую следует отметить, вследствие того, что есть две серии волн в натриевом свете.
The result of the superposition of these is that, as the difference of path increases, the interference becomes less distinct and finally disappears, reappears, and has a maximum of distinctness again, when the difference of path is an exact multiple of both wave-lengths. Результат их наложения состоит в том, что, при увеличении разности пути, интерференция становится менее отчетливой и, наконец, исчезает, появляется снова, и опять имеет максимальную отчетливость, когда разность хода в точности кратна обеим длинам волн.
Thus there is an alternation of distinct interference-fringes with uniform illumination. Таким образом, происходит чередование резкости полос интерференции с одинаковым освещением.
If the length to be measured, the centimetre for instance, is such that the interference does not fall exactly at the maximum—to one side by, say, one tenth the distance between two maxima, there would be an error of one twentieth of a wave-length requiring an arithmetical correction. Если длина, которая должна быть измерена, например, сантиметр, такова, что интерференция не попадает точно на максимум, то для одной стороны, скажем, составляющей 1/10 расстояния между двумя максимумами должна появиться ошибка в 1/20 длины волны, требующая арифметической коррекции.
Among other substances tried in the preliminary experiments were thallium, lithium, and hydrogen. Среди других веществ, испытанных в предварительных экспериментах, были таллий, литий и водород.
All of these gave interference up to fifty to one hundred thousand wavelengths, and could therefore all be used as checks on the determination with sodium. Все они дали интерференцию до 50-100 тысяч длин волн, и поэтому могут быть использованы в качестве проверки измерений, выполненных при помощи натрия.
It may be noted, that in case of the red hydrogen-line, the interference phenomena disappeared at about 15,000 wave-lengths, and again at about 45,000 wavelengths; so that the red hydrogen-line must be a double line with the components about one sixtieth as distant as the sodium-lines. Следует отметить, что в случае красной водородной линии, интерференционные явления исчезли около отметки примерно 15 000 длин волн, и снова на отметке около 45 000 длин волн, так что красная линия водорода должна быть двойной линией с компонентами примерно 1/60 расстояния для линии натрия.
[10] Communicated by the Authors. [10] Представлено авторами.
[11] ‘Nature,’ xx. p. 99 (1879); Amer. Journ. Sci. [3], p. 51 (1879). [11] «Nature», Volume 20, Number 500, p. 99 (1879); Peirce C. S. Note on the Progress of Experiments for comparing a Wave-length with a Meter // American Journal of Science, Ser. 3, Vol. 18, p. 51 URL: http://biodiversitylibrary.org/page/36841863
[12] “On the Absolute Wave-lengths of Light,” Amer. Journ. Sci. [3], xxxiii. p. 167 (1887); Phil. Mag. [5], xxiii. p. 365. [12] “On the Absolute Wave-lengths of Light,” American Journal of Science [3], xxxiii. p. 167 (1887); Philosophical Magazine, Ser. 5, vol. 23 (1887), Issue 143, p. 365.
[13] Comptes Rendus, cii. p. 1153 (1886) ; Journ. de Phys. [2], v. p. 411 (1886). Comptes Rendus, cii. p. 1153 (1886) ; Journ. de Phys. [2], v. p. 411 (1886).

Philosophical Magazine, Ser. 5., Vol. 24, No. 151. Dec. 1887.

Hosted by uCoz