Як Альберт Майкельсон вимірював швидкість світла: історична подія на території Військово-морської академії США

Протягом понад 175 років на узбережжі річки Северн у Меріленді (США) функціонує Військово-морська академія, де в другій половині XIX століття Альберт Абрагам Майкельсон (1852–1931) виконав високоточні вимірювання швидкості світла. Результати його експерименту, що стали одним із найпрецизійніших досягнень тогочасної фізики, забезпечили вченому міжнародне визнання та згодом принесли першу для американських науковців Нобелівську премію з фізики.

Історія Військово-морської академії та роль Майкельсона

Військово-морська академія США, заснована ще в середині ХІХ століття, завжди була важливим центром підготовки майбутніх офіцерів. Однак не всі знають, що її стіни стали ще й колискою для ключових відкриттів у галузі оптики. Альберт Майкельсон, молодий і талановитий викладач фізики, відточував свої експериментальні навички саме тут. У 1877 році він повернувся до Академії як викладач хімії та фізики, де йому доручили продемонструвати студентам вимірювання швидкості світла на основі попередніх робіт французького фізика Леона Фуко (1819–1868).

Леон Фуко

Зауваживши недоліки в оригінальному досліді Фуко, Майкельсон винайшов спосіб збільшення відхилення світлового променя в обертовому дзеркалі, що дозволило значно підвищити точність вимірювань. Після серії вдосконалень він отримав феноменальнийна той час результат: близько 299 940 км/с — і це лише з похибкою у 0,05% від сучасно прийнятого значення швидкості світла.

Вимірювання швидкості світла: як це відбувалося

Передумови

• Метод Фуко (1862): базувався на швидкому обертанні дзеркала й вимірюванні зміщення відбитого світлового променя. Хоча цей підхід був новаторським, відхилення променя залишалося дуже незначним — менше ніж 1 мм.

• Ідея Майкельсона: збільшити шлях, який проходив промінь, і відповідно збільшити величину зміщення. Завдяки цьому точність вимірювань істотно зросла.

Альберт Майкельсон у своєму кабінеті в Чиказькому університеті близько 1927 року. На його столі знаходиться обертове дзеркало, яке використовується в експерименті зі швидкістю світла.

Хід експерименту

1. Обертове дзеркало: Майкельсон скористався спеціальною конструкцією з високошвидкісним обертанням, що дозволяло фіксувати ледь помітні відхилення світлового променя.

2. Оптична система: Він ретельно підібрав лінзи й дзеркала, аби зменшити похибки та краще вирівняти оптичні елементи на невеликій дамбі біля Академії.

3. Точні вимірювання: У результаті вдалого проектування експеримент дав відхилення променя в межах 115 мм, що суттєво перевищувало показник у 1 мм у Фуко. Саме такий масштабний “зсув” і став запорукою кращої точності.

Внесок до науки та подальша кар’єра

Після успішного завершення досліду Майкельсон зрозумів, що основною справою його життя буде оптична фізика. Незабаром він:

• Кинув виклик існуванню ефіру, разом з Едвардом Морлі, провівши знаменитий експеримент Майкельсона-Морлі (1887).

• Винайшов інтерферометр, що отримав назву “інтерферометр Майкельсона”, використаний для прецизійних вимірювань.

• Здобув Нобелівську премію з фізики (1907), ставши першим американцем, удостоєним цієї відзнаки в галузі науки.

Протягом усієї кар’єри Майкельсон зберігав зв’язок із військово-морськими колами і навіть вийшов у відставку з флоту лише у 1881 році.

Сучасне значення та визнання

Сьогодні оригінальний шлях експерименту Майкельсона на території Академії позначений круглими алюмінієвими дисками між Michelson Hall і Chauvenet Hall. Ця ділянка офіційно визнана історичним місцем Американського фізичного товариства (APS). Меморіальна дошка у Військово-морській академії США, що вшановує історичні оптичні експерименти Альберта Майкельсона з вимірювання швидкості світла (1877–1879), нагадує відвідувачам і студентам про видатний внесок ученого в розвиток сучасної фізики. Саме тут установлено пам’ятні маркери, які детально ілюструють оригінальний оптичний шлях світлового променя, використаного Майкельсоном для його вимірювань. Це служить постійним нагадуванням, що, попри прогрес в оптичних технологіях і наукових приладах, основоположна ідея точного експерименту залишається надзвичайно актуальною.

Меморіальна дошка у Військово-морській академії США, що вшановує історичні оптичні експерименти Альберта Майкельсона з вимірювання швидкості світла (1877–1879).

Висновок

Уже минуло 145 років відтоді, як Альберт Майкельсон зробив своє видатне вимірювання швидкості світла. Його внесок у науку — це не лише цифра, якою користується кожен фізик у своїх розрахунках, але й приклад натхнення: ретельне спостереження, інженерний хист та відвага кинути виклик існуючим теоріям здатні змінити наш погляд на Всесвіт.

Джерела:

1. American Physical Society (APS) – Офіційний сайт та матеріали, присвячені історичним місцям і визнанню експериментів Майкельсона.

2. Dorothy Michelson Livingstone, “Master of Light: A Biography of Albert A. Michelson” – Біографічні дані про життя та діяльність Альберта Майкельсона.

3. The Scientific Monthly – Статті Майкельсона, де він описував свої методи вимірювання та інтерпретацію результатів.

4. The New York Times (1931) – Архівна публікація зі згадкою про слова контр-адмірала Джона Лорімера Вордена під час вручення диплому Майкельсону.

5. U.S. Naval Institute Materials – Інформація про історію Військово-морської академії та згадки про діяльність Майкельсона як викладача.