Ether-Drift Experiments at Mount Wilson.

Эксперименты по эфирному ветру на Маунт Вилсон

By Prof. Dayton C. Miller, Case School of Applied Science, Cleveland, Ohio.

Проф. Дейтон К.Миллер, Кейсовская школа прикладных наук, Кливленд, Огайо (США)

The Michelson-Morley experiment for determining

Опыт Майкельсона — Морли для определения

the relative motion of the earth and the luminiferous ether,

относительного движения Земли и светоносного эфира,

the "ether-drift experiment",

или «эксперимент с эфирным ветром»,

was first performed in Cleveland in the year 1887,

был впервые выполнен в Кливленде в 1887 году

by Prof. Albert A. Michelson and the late Prof. Edward W. Morley.

профессором Альбертом А. Майкельсоном и покойным профессором Эдвардом В. Морли.

The theory of the experiment and a description of the apparatus

Теория этого опыта и описание прибора

was published in the Philosophical Magazine for 1887,

были опубликованы в «Philosophical Magazine» за 1887 год

and has been repeated in many text-books since that time.

и повторены с тех пор во многих учебниках.

They announced their conclusions as follows:

Авторы заявили о следующих своих выводах:

"Considering the motion of the earth in its orbit only ...

«Если рассматривать только движение земли по ее орбите...

the observations show that the relative motion of the earth

то наблюдения показывают, что относительное движение Земли

and the ether is probably less than one-sixth the earth's orbital velocity

и эфира, вероятно, меньше 1/6 от орбитальной скорости Земли

and certainly less than one-fourth."

и, во всяком случае, меньше 1/4»

(That is, it is less than 7.5 kilometres per second.)

(т.е. меньше 7,5 километров в секунду).

This result was considered by many as a null result,

Этот результат рассматривался многими как нулевой результат,

often called a negative result,

часто называемый отрицательным результатом,

and by some was thought to throw grave doubts

и некоторые предполагали поставить под серьезное сомнение

upon the validity of the hypothesis of the luminiferous ether.

правильность гипотезы светоносного эфира.

At the International Congress of Physics,

На Международном физическом конгрессе,

held in Paris in 1900,

проведенном в Париже в 1900 году,

Lord Kelvin expressed the conviction

лорд Кельвин высказал убеждение,

that the experiment should be repeated

что эксперимент должен быть повторен

with a more sensitive apparatus.

с более чувствительным аппаратом.

The present writer, in collaboration with Prof. Morley,

Автор настоящей статьи совместно с проф. Морли

constructed an interferometer about four times as sensitive

построили интерферометр, примерно в четыре раза более чувствительный,

 as that used in the first experiments,

чем тот, который применялся в первых опытах,

having a light path of 224 feet,

с длиной светового пути 224 фута,

equal to about 150,000,000 wave-lengths.

равным примерно 150.000.000 волнам света.

In this instrument a relative velocity of the earth and ether

В этом инструменте относительная скорость Земли и эфира,

equal to the earth's orbital velocity

равная орбитальной скорости Земли,

would be indicated by a displacement of the interference fringes equal to 1.5 fringes.

была бы показана смещением полос интерференции на 1,5 полосы.

This apparatus was used

Прибор использовался

in the basement of the Physical Laboratory

в подвале физической лаборатории

of Case School of Applied Science in Cleveland,

Кейсовской школы прикладных наук в Кливленде;

observations being made in 1904 and. 1905.

наблюдения производились в 1904 и 1905 годах.

The result of these observations was published

Результат наблюдений был опубликован

in the Philosophical Magazine for May 1905, as follows:

в «Philosophical Magazine» в мае 1905 года в следующем виде:

"We may, therefore, declare

«Таким образом мы можем заявить,

that the experiment shows that

что эксперимент показывает, что  

if the ether near the apparatus did not move with it,

если эфир рядом с аппаратом  не двигался вместе с ним,

the difference in velocity was less than 3.5 kilometres per second

разница в скорости была меньше 3,5 километров в секунду,

unless the effect on the materials annulled the effect sought.

если только действие на материалы не свело к нулю искомый эффект.

Some have thought that this experiment only proves

Некоторые думали, что опыт лишь доказывает,

that the ether in a certain basement-room is carried along with it.

что эфир в данном подвале увлекался вместе с ним.

We desire, therefore, to place the apparatus on a hill

Поэтому мы хотим поместить прибор на возвышенности,

to see if an effect can be there detected".

чтобы посмотреть, не будет ли там обнаружен искомый эффект».

In the autumn of 1905 Morley and Miller

Осенью 1905 года Морли и Миллер

removed this interferometer from the college laboratory

перевезли этот интерферометр из лаборатории колледжа

to a site on Euclid Heights, Cleveland,

на Евклидовы высоты в Кливленд

at an altitude of 300 feet above Lake Erie

на высоту 300 футов (91 м) над озером Эри (озеро в системе Великих озёр на границе США и Канады — Прим. перев.);

and free from obstruction of buildings.

и свободное от помех со стороны зданий.

Five preliminary observations were made which gave indication of a positive effect

Пять предварительно сделанных наблюдений показали положительный эффект

as of an ether-drift of about one-tenth of the then expected drift.

как от эфирного ветра скоростью примерно 1/10 от ожидавшейся тогда величины.

We were compelled to discontinue these experiments by

Мы были вынуждены прекратить эти эксперименты

circumstances beyond our control,

по независящим от нас обстоятельствам,

before any definite results could be obtained.

прежде чем удалось получить какие-либо определенные результаты.

The indication of a small positive effect

Указание на небольшой положительный эффект

made it seem necessary to continue the experiments,

делало необходимым продолжение экспериментов,

but it was thought desirable

но казалось весьма желательным,

that further observations should be carried out at a much higher altitude.

чтобы дальнейшие наблюдения производились на значительной большей высоте.

Prof. Morley retired from active work in 1906

Проф. Морли устранился от активной работы в 1906 г.,

and the continuance of the observations was long delayed.

и продолжение наблюдений было надолго отложено.

 The suitable opportunity for continuing the experiments came in 1921,

Подходящая возможность для продолжения экспериментов наступила в 1921 году,

and upon the invitation of Prof. George E. Hale,

и по приглашению профессора Джорджа Хэля (George E. Hale),

Director of the Mount Wilson Observatory in California,

директора обсерватории Маунт Вилсон в Калифорнии,

the interferometer which had been used in 1905

интерферометр, который был использован в 1905 году,

was remounted at the Mount Wilson Observatory.

был переустановлен в обсерватории Маунт Вилсон.

Four distinct groups of observations

Четыре отдельных группы наблюдений

have now been made in this location:

были произведены на этом новом месте:

in March and April 1921, in November and December 1921, in August and September 1924, and in March and April 1925.

в марте и апреле 1921 г., в ноябре и декабре 1921 г., в августе и сентябре 1924 г. и в марте и апреле 1925 г.

The first observations at this Observatory

Первые же наблюдения в этой обсерватории

gave a definite, positive result considerably larger

дали ясные положительные результаты, значительно большие,

than that previously obtained in Cleveland,

чем те, которые ранее были получены в Кливленде,

being equal to about one-third of the earth's orbital velocity.

и равные примерно 1/3 от орбитальной скорости Земли.

On the simple theory of the ether-drift experiment,

Согласно простой теории эксперимента по эфирному ветру,

it is presumed that the system of interference fringes which is observed

предполагается, что система наблюдаемых полос интерференции

will suffer a periodic displacement

будет испытывать периодическое смещение

as the interferometer is rotated in the horizontal plane,

при вращении интерферометра в горизонтальной плоскости,

this displacement being proportional to the relative motion of the earth and the ether.

и это смещение пропорционально относительному движению Земли и эфира.

The rotation of the earth on its axis

Вращение Земли вокруг ее оси

causes the plane of the interferometer

заставляет плоскость интерферометра

to move as though it were

перемещаться так, как если бы она находилась

on the surface of a cone

на поверхности конуса,

the axis of which coincides with that of the earth,

ось которого совпадает с осью Земли,

and thus to take many different space orientations.

и таким образом принимать множество различных положений в пространстве.

It is only that component of the actual drift

Может наблюдаться только та компонента действительного ветра,

which lies in the horizontal plane of the interferometer

которая лежит в горизонтальной плоскости интерферометра

at the moment of observation which can be observed.

на  момент наблюдения.

Therefore, the apparent azimuth and magnitude of the drift

Таким образом, наблюдаемые азимут и скорость эфирного ветра

should change with the time of observation.

должны изменяться в зависимости от времени наблюдения.

A drift perpendicular to the plane of the interferometer

Ветер, перпендикулярный плоскости интерферометра,

will produce no effect whatever;

не вызывает никакого эффекта;

it is quite possible that this condition may occur at certain times of the year.

вполне возможно, что это условие может иметь место в определенные времена года.

It was suggested that the small observed effect

Предполагалось, что малый наблюдаемый эффект

might be due to magnetism acting on the steel frame of the interferometer,

может быть следствием магнетизма, влияющего на стальную раму интерферометра

or that it might be due to radiant heat

или может быть следствием теплового излучения

or other instrumental disturbances.

или других инструментальных помех.

The trying out of the various suggestions has

Испытание разнообразных предположений

involved continuous experimentation during the last four years,

привело к длительным экспериментам в течение последних четырех лет,

in which time every suspected cause of disturbance has been investigated,

когда исследовалась каждая подозрительная причина помех,

and it has been shown that none of these causes is responsible for the observed displacement.

и было показано, что ни одна из этих причин не могла вызвать наблюдаемое смещение.

In the summer of 1921 the steel frame of the interferometer was dismounted

Летом 1921 года стальная рама интерферометра была демонтирована

and a base of one piece of concrete reinforced with brass

и база из одного куска бетона, армированного латунью,

was cast in place on the mercury float.

была установлена на ее место на плоту в ртути.

All the metal parts were made of aluminium or brass:

Все металлические части были сделаны из алюминия и латуни;

thus the entire apparatus was free from magnetic effects

таким образом, весь аппарат был  свободен от магнитных эффектов,  

and the possible effects due to heat were much reduced.

а возможные тепловые эффекты были значительно ослаблены.

In December 1921, 42 sets of observations consisting of 900 single measures of the drift

В декабре 1921 года 42 серии наблюдений, состоящих из 900 отдельных измерений,

were made with the non-magnetic interferometer.

были сделаны с этим не подверженным влиянию магнетизма интерферометром.

These show a positive effect as of an ether-drift

Они показали положительный эффект как от эфирного ветра,

which is entirely consistent with the observations of April 1921.

который полностью согласуется с наблюдениями в апреле 1921 г.

Many variations of incidental conditions were tried at this epoch.

Множество вариаций дополнительных условий были испытаны в этот период.

Observations were made with rotations of the interferometer clockwise and counter-clockwise,

Наблюдения производились при вращении интерферометра по часовой стрелке и против часовой стрелки,

with a rapid rotation and a very slow rotation,

при быстром вращении и очень медленном,

with the interferometer extremely out of level,

а также с чрезвычайно отклоненным от горизонтали интерферометром,

due to the loading of the float on one side.

вызванным нагрузкой плота с одной стороны.

Many variations of procedure in observing and recording were tried.

Было испробовано также много вариаций процедуры наблюдения и записи.

The results of the observations were not affected by any of these changes.

Результаты наблюдения не зависели от каких-либо из этих изменений.

The entire apparatus was returned to the laboratory in Cleveland.

Весь аппарат был возвращен в лабораторию в Кливленде.

During the years 1922 and 1923, many trials were made

В 1922 и 1923 годы было произведено много испытаний

under various conditions which could be controlled

при различных условиях, которые можно было контролировать

and with many modifications of the arrangements of parts of the apparatus.

и с множеством модификаций расположения частей аппарата.

An arrangement of prisms and mirrors was made so

Призмы и зеркала были расположены так,

that the source of light could be placed outside the observing room,

чтобы источник света можно было разместить вне комнаты для наблюдения,

and a further complication of mirrors was tried

и было испытано дальнейшее усовершенствование в расположении зеркал

for observing the fringes from a stationary telescope.

для наблюдения полос стационарным телескопом.

Methods of photographic registration by means of a motion picture camera were tried.

Были испытаны методы фотографической регистрации посредством кинокамеры.

Various sources of light were employed, including sunlight and the electric arc.

Были задействованы различные источники света, включая солнечный свет и электродугу.

Finally, an arrangement was perfected for making observations with an astronomical telescope

Наконец, установка была усовершенствована для выполнения наблюдений астрономическим телескопом,

having an objective of five inches aperture and a magnification of fifty diameters.

имеющим апертуру объектива 5 дюймов и 50-кратное увеличение.

The source of light adopted was a large acetylene lamp

В качестве источника света была использована большая ацетиленовая лампа  

of the kind commonly used for automobile headlights.

такого же типа, которая часто используется для автомобильных фар.

An extended series of experiments was made

Была произведена расширенная серия экспериментов

to determine the influence of inequality of temperature and of radiant heat,

для определения влияния непостоянства температуры и теплового излучения,

and various insulating covers were provided

и были применены различные изолирующие покрытия

for the base of the interferometer and for the light path.

для основания интерферометра и для светового пути.

These experiments proved that under the conditions of actual observation,

Эти эксперименты показали, что при условиях фактических наблюдений,

the periodic displacement could not possibly be produced by temperature effects.

периодическое смещение не могло быть вызвано температурными эффектами.

An extended investigation in the laboratory demonstrated

Длительное исследование в лаборатории показало,

that the full-period effect mentioned in the preliminary report on the Mount Wilson observations

что полнопериодический эффект, упомянутый в предварительном сообщении о наблюдениях на Маунт Вилсон,

is a necessary geometrical result of the adjustment of mirrors when fringes of finite width are used,

является необходимым геометрическим следствием настройки зеркал при использовании полос конечной ширины,

and that the effect vanishes only for fringes of infinite width,

и этот эффект исчезает только для полос бесконечной ширины,

as is presumed in the simple theory of the experiment.

как это и предполагалось в простой теории эксперимента.

In July 1924 the interferometer was taken again to Mount Wilson

В июле 1924 года интерферометр был вновь перевезен на Маунт Вилсон

and mounted on a new site where the temperature conditions were more favourable than those of 1921.

и установлен на новом месте, где температурные условия были более благоприятны, чем в 1921 году.

The interferometer house was also mounted with a different orientation.

Домик для интерферометра также был смонтирован с другой ориентацией.

Again the observations showed a definite positive effect

Наблюдения снова показали ясный положительный эффект,

corresponding to the observations previously made at Mount Wilson.

соответствующий наблюдениям, ранее произведенным на Маунт Вилсон.

The observations on Mount Wilson were resumed in March 1925,

Наблюдения на Маунт Вилсон были возобновлены в марте 1925 г.

and continued until about the middle of April,

и продолжались до середины апреля,

during which time 1600 measures of the drift were made.

в течение этого периода были сделаны 1600 замеров эфирного ветра.

Again many variations in detail of arrangement of parts and in methods of observing were made

Было снова произведено множество вариаций в расположении частей и в методах измерения,

without in any way altering the result.

без какого-либо влияния на результаты.

Throughout the latter epoch of observations the conditions were exceptionally good.

В последний период наблюдений условия были исключительно хороши.

The observations of April 1925 give results

Измерения в апреле 1925 г. дали результаты,

almost identical with those of April 1921,

почти совпадающие с результатами, полученными в апреле 1921 года,

notwithstanding that the interferometer had been rebuilt

несмотря на то, что интерферометр был перестроен,

and that a different system of illumination and different methods of observation were employed,

применялись другая система освещения и другие методы наблюдения,

and that it was mounted on a new site in a house differently oriented.

и что прибор был установлен в новом месте и в иначе ориентированном домике.

The interferometer readings being plotted,

Cчитывания интерферометра, будучи нанесенными на график,

give directly by harmonic analysis the azimuth and magnitude of the ether-drift.

сразу же дали с помощью гармонического анализа азимут и величину эфирного ветра.

There are no corrections of any kind to be applied to the observed values.

Никаких поправок любого вида к наблюдаемым значениям не применялось.

In the work so far, every reading of the drift

До сих пор в этой работе все измерения эфирного ветра,

made at Mount Wilson has been included at its full value;

выполненные на Маунт Вилсон, были включены полностью,

no observation has been omitted because it seemed to be poor,

ни одно измерение не было отброшено, потому что оно казалось «плохим»,

and no "weights" have been applied to reduce the influence on the result,

и не был присвоен «вес» для уменьшения влияния на результат

since no assumption has been made as to the expected result.

из предположения об ожидаемом результате.

It may be added that while the readings are being made,

Следует добавить, что во время выполнения считываний

neither the observer nor the recorder

ни наблюдатель, ни записывающий помощник

can form the slightest idea as to whether any periodicity is present,

не могли составить себе ни малейшего представления о том, есть ли какая-либо периодичность,

much less as to the direction or amount of such periodicity.

и тем более направление и величину этой периодичности.

The ether-drift experiments at Mount Wilson during the last four years, 1921 to 1925

Эксперименты по определению эфирного ветра на Маунт Вилсон в течение последних четырех лет, с 1921 по 1925 г.,

consisting of about 5000 single measures of the drift,

состоящие из примерно 5000 отдельных измерений дрейфа,

lead to the conclusion that there is a positive displacement of the interference fringes,

приводят к заключению, что существует положительное смещение полос интерференции

such as would be produced by a relative motion of the earth and the ether at this Observatory,

которое могло быть произведено относительным движением Земли и эфира в этой обсерватории,

of approximately ten kilometres per second, being about one-third of the orbital velocity of the earth.

со скоростью примерно 10 км/с, что соответствует примерно 1/3 орбитальной скорости Земли.

By comparison with the earlier Cleveland observations,

По сравнению с ранними наблюдениями в Кливленде,

this suggests a partial drag of the ether by the earth, which decreases with altitude.

это указывает на частичное увлечение эфира Землей, которое уменьшается с высотой.

A more extended account of these observations is given in the Proceedings of the National Academy of Sciences for June 1925.

Более подробное описание этих наблюдений дано в «Proceedings of the National Academy of Sciences» за июнь 1925 г.

Dr. Ludwik Silberstein, in his letter to Nature of May 23, has pointed out that these results,

Д-р Людвиг Зильберштейн (Ludwik Silberstein) в своем письме в «Nature» от 23 мая указал на то, что эти результаты,

indicating a partial drag of the ether by the earth,

выявляющие частичное увлечение эфира Земным шаром,

"are easily explicable by means of the Stokes' ether concept, as modified by Planck and Lorentz",

«легко объясняются теорией эфира Стокса, видоизмененной Планком и Лоренцом»,

as discussed in a paper by Silberstein in the Philosophical Magazine for February 1920.

как это и разъяснено в статье Зильберштейна в «Philosophical Magazine» в феврале 1920 года.

The final test of these observations

Окончательный тест этих наблюдений —

is whether they lead to a rational and wholly consistent

дают ли они рациональное и полностью последовательное

indication of a constant motion of the solar system in space,

указание на постоянное движение Солнечной системы в пространстве,

combined with the orbital motion of the earth and the daily rotation on its axis.

в комбинации с орбитальным движением Земли и ее суточным вращением вокруг оси.

There is a specific relation for a given latitude

Существует специфическое соотношение для данной широты

between the observed azimuth of drift and the sidereal time of observation.

между наблюдаемым азимутом дрейфа и звездным временем наблюдения.

Observations at different sidereal times

Наблюдения в различные периоды по звездному времени

should show different azimuths,

должны давать различные азимуты,

and all observations at the same sidereal time

и все наблюдения для одинакового звездного времени

should show the same azimuth for a given epoch.

должны показать одинаковый азимут для данной эпохи наблюдения.

It is believed that a reconsideration of the Cleveland observations, from this point of view, will show that they are in accordance with this presumption,

Предполагается, что ревизия наблюдений в Кливленде с этой точки зрения покажет, что они находятся в согласии с этим предположением,

and will lead to the conclusion that

и это приводит к заключению, что

the Michelson-Morley experiment does not

эксперимент Майкельсона — Морли не дает

and probably never has given a true zero result.

и, вероятно, никогда не давал нулевого результата.

A complete calculation of the observations, now in progress

В данный момент продолжаются подробные вычисления по результатам наблюдений,

together with further experiments to be made in the immediate future,

вместе с дальнейшими экспериментами, которые будут сделаны в ближайшем будущем,

should give definite indications regarding the absolute motion of the solar system in space.

должны дать ясные указания по отношению к абсолютному движению Солнечной системы в пространстве.

Nature No.2906, Vol.116, July 11, 1925, pp.49-50

«Nature» № 2906, том 116, 11 июля 1925 г., стр. 49-50