Нобелевские лауреаты: Альберт Майкельсон

Сегодняшний наш лауреат — прекраснейший практик, получивший Нобелевскую премию по физике в первую очередь за ювелирную точность своих экспериментов. Он сделал то, что позволило Эйнштейну создать теорию относительности. Всю жизнь он занимался измерением того, что, как оказалось, неизменно и непревосходимо, — скорости света. Итак, встречайте, первый американский физик-нобелиат, Альберт Абрахам Майкельсон.

Альберт Абрахам Майкельсон

Родился 19 декабря 1852 года, Стрельно, Пруссия

Умер 9 мая 1931 года, Пасадена, США

Нобелевская премия по физике 1907 года. Формулировка Нобелевского комитета: «за создание точных оптических инструментов и спектроскопические и метрологические исследования, выполненные с их помощью» (for his optical precision instruments and the spectroscopic and metrological investigations carried out with their aid).

Несмотря на то, что Майкельсон — американец, родился наш герой на территории современной Польши. Нынешний городок Стшельно (тогда Стрельно) совсем крошечный, в нем живет около 6000 человек. В 1852 году он принадлежал Пруссии. Папа Альберта был, конечно, никаким не Майкельсоном, это английское произношение фамилии Михельсон, и не Сэмюэл он был, а Самуил. Мама будущего нобелиата и вовсе была полячкой, Розали Пжлюбска. Но вряд ли Альберт Авраам помнил Пруссию: когда ему было два года, его родители уехали в США. Навсегда.

Отец сумел воспользоваться царившим тогда в Штатах «заболеванием», золотой лихорадкой, и стал продавать сухие пайки золотодобытчикам в Неваде. Сына отослали к родственникам, на тихоокеанское побережье в Сан-Франциско, где Майкельсон пошел в школу. Здесь ему повезло с директором: тот сумел пробудить в молодом человеке страсть к естественным наукам. Да так, что по достижении соответствующего возраста юноша стал мучить его вопросами, куда идти учиться дальше. Директор посоветовал Военно-морскую академию в Аннаполисе. И тут молодой человек проявил чудеса настойчивости. То, что в 1869 году в Академии не было ни одной вакансии, юношу совсем не остановило. Он взял рекомендацию у своего конгрессмена и отправился с ней не к кому бы то ни было, а к самому Верховному Главнокомандующему, то бишь к Улиссу Симпсону Гранту. Блестящему полководцу и восемнадцатому президенту США, которого мы уже более ста лет знаем по пятидесятидолларовой купюре. Судя по всему, Грант несколько удивился напору юноши и выделил дополнительное место. За четыре года Академия была окончена, два года пришлось отслужить мичманом, а с 1875 года Майкельсон — преподаватель физики и химии в Академии. Именно тут он проделал свою первую выдающуюся научную работу.

В 1877 году Майкельсон заинтересовался такой забавной вещью, как скорость света. Конечно, ее уже измеряли и до него. Например, в 1850 году француз Жан Бернар Леон Фуко измерил ее, параллельно похоронив Ньютоновскую теорию истечения света, и уточнил результат в 1862 году. У Фуко получилось 297 878 километра в секунду.

Метод Фуко заключался в последовательном отражении пучка света от быстро вращающегося зеркала, затем от второго неподвижного зеркала, расположенного на точно измеренном расстоянии, и затем вновь от первого зеркала, успевшего повернуться на некоторый малый угол. Скорость света определяют (при известных скорости вращения первого зеркала и расстоянии между двумя зеркалами) по изменению направления трижды отраженного светового луча.

Майкельсон решил уточнить данные Фуко, использовать большее расстояние и лучшие зеркала. У Майкельсона получилось 299 910 ± 50 километров в секунду. Так он впервые заявил о себе в физическом мире.

В 1880 году молодой ученый покинул Аннаполис и поехал в Европу на два года: именно там работали и преподавали лучшие оптики и именно там Майкельсон сконструировал свой интерферометр, который позволял изучать оптические явления на основе интерферометрии световых волн.

И вот там он получил свой первый «странный» результат. В 1881 году Майкельсон провел свой эксперимент по измерению зависимости скорости света от того, движется ли наблюдатель на Земле к Солнцу или от Солнца. Результаты измеренной скорости света получились абсолютно одинаковыми. Будущий нобелевский лауреат Хендрик Лоренц, до конца жизни стоявший на позициях «классической физики», сказал, что «теоретическая ценность опыта завышена». Любопытно, что Эйнштейн до своих работ по теории относительности работ Майкельсона не читал.

Важно еще и другое: то, что здание классической физики зашаталось, почувствовали не все. Однако одна теория хрустнула очень крепко. Дело в том, что когда Джеймс Клерк Максвелл создал свою электромагнитную теорию, предполагалось, что свет — это электромагнитная волна в некоей особой среде, в эфире (это понятие предложил еще Декарт). Но если эфир — это особая светоносная среда, то скорость света точно должна отличаться в зависимости от того, движется ли свет к Земле, от нее или под углом к ней. А этого не было.

Это означало одно из двух: или Майкельсон напортачил в эксперименте, или теория эфира неверна. Но в своей технике автор статьи в American Journal of Science был уверен. Поэтому 29-летний экспериментатор написал в статье: «Таким образом, показано, что теория стационарного эфира неверна».

В 1882 году Майкельсон вернулся в США и начал работать «на гражданке», в Кейсовском технологическом институте (нынче это Университет Кейс Вестерн Резерв). Именно там началось его сотрудничество с Эдвардом Уильямсом Морли, профессором химии. В химии Морли прославился точным установлением масс различных элементов, но в историю он вошел в первую очередь как соавтор Майкельсона в усовершенствованном эксперименте. В 1887 году они повторили эксперимент на гораздо более совершенной технике — результат оказался тот же: эфира не существует. Хотя Лоренц пытался бороться и выдвигать новые теории эфира, которые объясняли бы эксперименты, время эфирной теории истекло.

Как раз работы Лоренца побудили Эйнштейна к созданию теории относительности. Как говорил один человек, не имевший никакого отношения к физике, вот такая вот загогулина получается.

После этого Майкельсон приступил к изучению спектральных линий в спектрах возбужденных атомов и открыл в них тонкую структуру — то, что каждая линия спектра на самом деле состоит из тончайших «подлиний». Параллельно смог ввести эталон метра, выразив его в 1,553,164,03 длинах волн одной из линий спектра кадмия.

Все работы Майкельсона — это в первую очередь высочайшее качество эксперимента. Именно это и тронуло членов Нобелевского комитета, и позволило его трем номинациям из тридцати в 1907 году обойти семь Габриэля Липпмана (премия 1908 года), пять Иоханнеса Ван-дер-Ваальса (премия 1910 года) и семь Эрнеста Резерфорда (над ним, делившем всю науку на физику и коллекционирование марок, Нобелевский комитет подшутит в следующем году, присудив премию по химии). Представляя лауреата, член шведской королевской академии наук, К.Б. Хассельберг сказал: «Интерферометр Майкельсона сделал возможными измерения с необычайно высокой точностью».

Нужно сказать, что Альберт Майкельсон стал одним из немногих лауреатов, кто продолжил выдавать результаты высочайшего качества и после Нобелевской премии. В 1920 году он впервые смог измерить диаметр далекой звезды Бетельгейзе. Получилось около 400 миллионов километров (около 350 диаметров Солнца).

Сейчас, правда, считается, что Бетельгейзе еще больше — около 500 диаметров Солнца. Майкельсон многократно уточнял свой результат по измерению скорости света, все увеличивая и увеличивая расстояние пробега солнечных лучей (финальный результат на 22 милях — 299 796 ± 4 километров в секунду), а потом попытался измерить скорость света в вакууме, «убрав» влияние атмосферы. Вместе с Фрэнсисом Пизом и Фредом Пирсоном он начали измерять скорость в вакуумированных трубах — тогда Майкельсону было уже 78 лет! Его не остановили несколько инсультов, и он руководил работами из собственной постели. Он успел провести 36 из 233 запланированных измерений, прервал его очередной инсульт.

Неистощимая энергия, «золотые руки», ясный ум и огромное количество практических результатов для современной физики. Таков наш сегодняшний герой.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.