Альберт Майкельсон

Фотографія Альберт Майкельсон (photo Albert Michelson)

Albert Michelson

  • День народження: 19.12.1852 року
  • Вік: 78 років
  • Місце народження: Стрельні, США
  • Дата смерті: 09.05.1931 року
  • Громадянство: США

Біографія

У 1878 р. М. зацікавився вимірюванням швидкості світла. Світло і оптика стали справою всього його життя.

Американський фізик Альберт Абрахам Майкельсон народився в Стрельні (Німеччина), поблизу польського кордону, у сім’ї торговця Семуеля Майкельсона і дочки лікаря Розалі (Пжлюбска) Майкельсон. М. був старшим з трьох дітей. Коли М. було два роки, батьки емігрували в Сполучені Штати, де батько став постачальником сухих продуктів під час золотої лихоманки в Каліфорнії і Неваді. М. був відісланий до родичів в Сан-Франциско, де став учнем чоловічої середньої школи. Пізніше він перейшов на пансіон до директора школи, який пробудив у ньому інтерес до природничих наук і порадив поступити у Військово-морську академію Сполучених Штатів в Аннаполісі (штат Меріленд). Заручившись рекомендаційним листом від свого конгресмена, М. звернувся до президента Улиссу С. Грантом з проханням про зарахування в академію, хоча жодної вакансії не було. Його наполегливість справила на офіційних осіб настільки сильне враження, що в 1869 р. спеціально для нього було виділено одне місце слухача. М. закінчив академію в 1873 р., два роки служив мічманом, а в 1875 р. був призначений викладачем фізики і хімії академії. Цей пост він займав протягом наступних чотирьох років.

У 1878 р. М. зацікавився вимірюванням швидкості світла. Світло і оптика стали справою всього його життя. Хоча до того часу швидкість світла була вже виміряна французькими фізиками Іполитом Фізо, Леоном Фуко і Марі Альфредом Корені, результати цих вимірювань не можна було вважати точними. Використовуючи подаровані йому вітчимом 2000 доларів, М. істотно удосконалив метод Фуко і виміряв швидкість світла з недосяжною раніше точністю. Його робота привернула міжнародну увагу. У 1880 р. М. залишив Аннаполіс і протягом двох років вивчав оптику в Європі. Під час свого перебування в Європі він спроектував інтерферометр – прилад, в якому вимірювання різних оптичних явищ відбувається на основі інтерференції світлових хвиль.

Оволодівши мистецтвом створення фізичних приладів, М. винайшов інтерферометр для виявлення руху Землі крізь ґрунтований ефір, який, як вважали в той час, заповнює весь космічний простір. Шотландський фізик Джеймс Клерк Максвелл теоретично довів, що світло являє собою електромагнітні хвилі, висловив припущення, згідно з яким електромагнітна хвиля повинна поширюватися у визначеному середовищі. Електромагнітна теорія Максвелла, здавалося б, побічно підтверджувала існування ефіру. Максвелл припустив також, що існування ефіру можна знайти, вимірявши швидкість світла щодо руху Землі. Якщо ефір дійсно є світлоносної середовищем і Земля рухається щодо нього, то швидкість світла повинна бути різною і залежати від того, чи рухається світ до Землі, від неї або під кутом до неї. Експериментально виявити рух Землі крізь ефір не вдавалося нікому, але передбачалося, що невдача всіх спроб обумовлена відсутністю адекватних вимірювальних пристроїв. Саме цей пробіл і мав намір заповнити М. своїм інтерферометром.

У високоточному інтерферометрі М. пучок світла з допомогою полупосеребренного дзеркала розщеплюється на два, а потім ці два пучка знову з’єднуються, М. вважав, що так як два пучка світла проходять різними шляхами (за напрямком руху Землі і перпендикулярно йому), то вони повинні мати і різні швидкості відносно Землі. Отже, хвилі цих двох пучків при з’єднанні будуть володіти різними фазами, що має дати картину інтерференції, подібну до тієї, яка спостерігається при перетині хвиль на поверхні ставка. При інтерференції виникають чергуються світлі і темні смуги, що утворюють так звану інтерференційну картину.

Першу спробу виявити рух Землі крізь ефір за допомогою інтерферометра М. почав в 1881 р., коли працював у Германа фон Гельмгольца в Берліні. На свій подив, він не виявив інтерференційної картини: обидва променя поширювалися з однаковою швидкістю. М. був настільки впевнений в точності своїх вимірів, що в повідомленні про свій експеримент, опублікованому в «Американському природознавчий журналі» («American Journal of Science»), наважився висловити сміливе по тим часам твердження: «Таким чином, показано, що гіпотеза про стаціонарному ефірі невірна». Хоча важливість експерименту М. була широко визнана, деякі фізики вказали на можливі джерела помилок у схемі експерименту, що дозволяли засумніватися в правильності висновків.

Ще до повернення в Сполучені Штати (1882) М. звільнився з Військово-морської академії, щоб стати професором фізики в Кейзовском технологічному інституті (нині Університет Кейз-Вестерн-Резерв) у Клівленді (штат Огайо). Саме там почалося його співробітництво з Едвардом У. Морлі. Їх знаменитий експеримент 1887 р. був повторенням берлінського 1881 р., але з удосконаленим інтерферометром, конструкція якого виключала помічені раніше джерела похибок. Результат експерименту і на цей раз виявився негативним: інтерференційна картина не виникла. Рух Землі не впливало на швидкість світла.

Хоча експеримент Майкельсона – Морлі породив сумніви в існуванні повністю стаціонарного ефіру, вчені не відкинули цю концепцію цілком. Як зауважив сам М., негативний результат експерименту можна було б пояснити, якби ефір захоплювався Землею і рухався майже з її швидкістю. Але й така гіпотеза не дозволяла повністю позбутися від проблем. Ця задача привернула до себе увагу такого видатного фізика, Хендрік Лоренц. Класичні уявлення про рух спиралися на стаціонарну систему відліку (у даному випадку пов’язану з ефіром), щодо якої можна було проводити вимірювання абсолютного руху.

Невдачі, незмінно постигавшие всі спроби довести існування такої системи, були однією з найбільш важких проблем, з якими зіткнулася в кінці XIX ст. класична фізика. Роботи Лоренца спонукали Альберта Ейнштейна опублікувати в 1905 р. свою спеціальну теорію відносності. У цій теорії відкидалося існування стаціонарних систем відліку і абсолютного руху. Тим самим відпадала й необхідність існування ефіру. З точки зору спеціальної теорії відносності Ейнштейна рух може бути повністю описана в термінах руху спостерігача. Відповідно до іншого постулату, світло поширюється з постійною швидкістю незалежно від руху спостерігача або джерела світла. Хоча експеримент Майкельсона – Морлі лише побічно сприяв становленню спеціальної теорії відносності (1905 р. Ейнштейну не було відомо про нього), ретроспективно він став важливим її підтвердженням.

Спантеличений результатами свого експерименту, М. все ж був задоволений точністю вимірювань, досягнуту з допомогою інтерферометра, і запропонував інші варіанти його використання. З 1889 по 1893 р. М. був професором фізики в Університеті Кларка в Уоркестре (штат Массачусетс). Там він використовував інтерферометр для визначення довжини метра в довжинах хвиль однією з спектральних ліній кадмію. Такий підхід дозволив би лабораторіям позбутися від фізичних еталонів типу металевих стрижнів, довжина яких залежить від обробки та температури. Цей метрологічний проект, завершений у 1902 р., приніс М. міжнародне визнання. У 1893 р. він став головою новоствореного фізичного факультету Чиказького університету.

Роботи М. по створенню метричного стандарту були «побічним продуктом» проведених ним у 1887…1897 рр. досліджень світла, випромінюваного збудженими атомами (тобто атомами, поглотившими енергію, наприклад в результаті нагрівання). Було відомо, що якщо випущений світло розкласти на компоненти з різними довжинами хвиль (різного кольору) з допомогою спектрографа, то виходить лінійчатий спектр має характерний для кожного хімічного елемента вигляд. Фізики бачили в спектрах атомів ключ до розгадки атомної структури. Досліджуючи спектральні лінії з допомогою інтерферометра, М. виявив, що всі вони складаються з декількох близько розташованих «подлиний». Таку тонку структуру вченим не вдавалося пояснити до появи в 20-х рр. квантової механіки. Нині інтерферометр М. застосовується для аналізу світла повсякденно і залишається одним з найбільш потужних засобів сучасного аналізу.

М. був удостоєний Нобелівської премії з фізики 1907 р. «за створення високоточних оптичних приладів і виконані з їх допомогою спектроскопічні та метрологічні дослідження». Виступаючи на церемонії вручення премії, К. Б. Хассельберг з Шведської королівської академії наук зазначив, що інтерферометр Майкельсона зробив можливими вимірювання «з надзвичайно високою точністю».

Прагнучи створити все більш точні і досконалі прилади, М. поставив перед собою завдання збільшити роздільну здатність спектрографов, використовуючи більш великі прецизійні дифракційні решітки. Такі решітки розкладають падаючий на них пучок світла на компоненти з різними довжинами хвиль. М. цікавили дифракційні решітки, виконані у вигляді дзеркала, на яке нанесено велику кількість тонких ліній з вузькими проміжками між ними. В результаті проведеного дослідження йому вдалося створити найбільші і тонкі дифракційні решітки, перевершували все, що було до нього. Спочатку М. припускав приділити цій роботі лише кілька років, але проблема настільки захопила його, що він не переставав займатися нею до кінця життя.

Після перерви, викликаного необхідністю роботи для потреб військово-морських сил Сполучених Штатів Америки під час першої світової війни, М. повернувся до своїх досліджень. На цей раз його інтереси звернулися до астрономії. М. преложил кілька способів використання інтерферометра для вимірювання діаметра таких малих об’єктів, як астероїди, малих лун планет Сонячної системи і великих яскравих зірок. У 1920 р. М. першому вдалося виміряти діаметр далекої зірки. Він повідомив, що діаметр гігантської зірки Бетельгейзе становить 240 млн. миль. Проводячи дослідження, які виконувалися на телескопі обсерваторії Маунт-Вілсон поблизу Пасадени, М. усе частіше бував у Каліфорнії. Працював він і в Каліфорнійському технологічному інституті. М. зробив перші жорсткості Землі, визначаючи за допомогою інтерферометра приливні коливання рівня води в трубах, закопаних у землю. В 1925 р. він став першим почесним професором Чиказького університету, але у 1929 р. покинув Чикаго і цілком присвятив себе дослідженням в Каліфорнії.

Шлюб М. з Маргарет Хеминуэй (1877), від якого народилися дочка і двоє синів, закінчився розлученням в 1897 р. Два роки потому М. вступив у шлюб з Эдной Стентон. Від цього шлюбу у М. було три дочки. М. був відомий художник-аквареліст і обдарований скрипаль. Навчав музиці і своїх дітей. М. добре грав у теніс, більярд, шахи та бридж, любив вітрильний спорт.

Відомий своєю цілеспрямованістю, М. завжди віддавав перевагу наукові дослідження адміністративної роботи та викладацької діяльності. Він не любив спілкуватися з аспірантами і лише зрідка, від випадку до випадку, виступав з лекціями і доповідями.

В останній рік життя, кілька серйозних ударів, М. продовжував керувати дослідженнями буквально лежачи в ліжку. Останнім його проектом, до завершення якого йому не судилося дожити, стала одна спроба уточнити вимірювання швидкості світла. М. помер від крововиливу в мозок 9 травня 1931 р. в Пасадені (штат Каліфорнія).

Хоча М. ніколи не захищав докторську дисертацію, він був удостоєний за свої досягнення ступеня почесного доктора одинадцятьма найбільшими університетами Європи і Америки. Крім Нобелівської премії серед його численних нагород були медаль Коплі Лондонського королівського товариства (1907), медаль Генрі Дрейпера Національної академії наук США (1916), медаль Франкліна Франклиновского інституту (1923), золота меАмериканский фізик Альберт Абрахам Майкельсон народився в Стрельні (Німеччина), поблизу польського кордону, у сім’ї торговця Семуеля Майкельсона і дочки лікаря Розалі (Пжлюбска) Майкельсон. М. був старшим з трьох дітей. Коли М. було два роки, батьки емігрували в Сполучені Штати, де батько став постачальником сухих продуктів під час золотої лихоманки в Каліфорнії і Неваді. М. був відісланий до родичів в Сан-Франциско, де став учнем чоловічої середньої школи. Пізніше він перейшов на пансіон до директора школи, який пробудив у ньому інтерес до природничих наук і порадив поступити у Військово-морську академію Сполучених Штатів в Аннаполісі (штат Меріленд). Заручившись рекомендаційним листом від свого конгресмена, М. звернувся до президента Улиссу С. Грантом з проханням про зарахування в академію, хоча жодної вакансії не було. Його наполегливість справила на офіційних осіб настільки сильне враження, що в 1869 р. спеціально для нього було виділено одне місце слухача. М. закінчив академію в 1873 р., два роки служив мічманом, а в 1875 р. був призначений викладачем фізики і хімії академії. Цей пост він займав протягом наступних чотирьох років.

У 1878 р. М. зацікавився вимірюванням швидкості світла. Світло і оптика стали справою всього його життя. Хоча до того часу швидкість світла була вже виміряна французькими фізиками Іполитом Фізо, Леоном Фуко і Марі Альфредом Корені, результати цих вимірювань не можна було вважати точними. Використовуючи подаровані йому вітчимом 2000 доларів, М. істотно удосконалив метод Фуко і виміряв швидкість світла з недосяжною раніше точністю. Його робота привернула міжнародну увагу. У 1880 р. М. залишив Аннаполіс і протягом двох років вивчав оптику в Європі. Під час свого перебування в Європі він спроектував інтерферометр – прилад, в якому вимірювання різних оптичних явищ відбувається на основі інтерференції світлових хвиль.

Оволодівши мистецтвом створення фізичних приладів, М. винайшов інтерферометр для виявлення руху Землі крізь ґрунтований ефір, який, як вважали в той час, заповнює весь космічний простір. Шотландський фізик Джеймс Клерк Максвелл теоретично довів, що світло являє собою електромагнітні хвилі, висловив припущення, згідно з яким електромагнітна хвиля повинна поширюватися у визначеному середовищі. Електромагнітна теорія Максвелла, здавалося б, побічно підтверджувала існування ефіру. Максвелл припустив також, що існування ефіру можна знайти, вимірявши швидкість світла щодо руху Землі. Якщо ефір дійсно є світлоносної середовищем і Земля рухається щодо нього, то швидкість світла повинна бути різною і залежати від того, чи рухається світ до Землі, від неї або під кутом до неї. Експериментально виявити рух Землі крізь ефір не вдавалося нікому, але передбачалося, що невдача всіх спроб обумовлена відсутністю адекватних вимірювальних пристроїв. Саме цей пробіл і мав намір заповнити М. своїм інтерферометром.

У високоточному інтерферометрі М. пучок світла з допомогою полупосеребренного дзеркала розщеплюється на два, а потім ці два пучка знову з’єднуються, М. вважав, що так як два пучка світла проходять різними шляхами (за напрямком руху Землі і перпендикулярно йому), то вони повинні мати і різні швидкості відносно Землі. Отже, хвилі цих двох пучків при з’єднанні будуть володіти різними фазами, що має дати картину інтерференції, подібну до тієї, яка спостерігається при перетині хвиль на поверхні ставка. При інтерференції виникають чергуються світлі і темні смуги, що утворюють так звану інтерференційну картину.

Першу спробу виявити рух Землі крізь ефір за допомогою інтерферометра М. почав в 1881 р., коли працював у Германа фон Гельмгольца в Берліні. На свій подив, він не виявив інтерференційної картини: обидва променя поширювалися з однаковою швидкістю. М. був настільки впевнений в точності своїх вимірів, що в повідомленні про свій експеримент, опублікованому в «Американському природознавчий журналі» («American Journal of Science»), наважився висловити сміливе по тим часам твердження: «Таким чином, показано, що гіпотеза про стаціонарному ефірі невірна». Хоча важливість експерименту М. була широко визнана, деякі фізики вказали на можливі джерела помилок у схемі експерименту, що дозволяли засумніватися в правильності висновків.

Ще до повернення в Сполучені Штати (1882) М. звільнився з Військово-морської академії, щоб стати професором фізики в Кейзовском технологічному інституті (нині Університет Кейз-Вестерн-Резерв) у Клівленді (штат Огайо). Саме там почалося його співробітництво з Едвардом У. Морлі. Їх знаменитий експеримент 1887 р. був повторенням берлінського 1881 р., але з удосконаленим інтерферометром, конструкція якого виключала помічені раніше джерела похибок. Результат експерименту і на цей раз виявився негативним: інтерференційна картина не виникла. Рух Землі не впливало на швидкість світла.

Хоча експеримент Майкельсона – Морлі породив сумніви в існуванні повністю стаціонарного ефіру, вчені не відкинули цю концепцію цілком. Як зауважив сам М., негативний результат експерименту можна було б пояснити, якби ефір захоплювався Землею і рухався майже з її швидкістю. Але й така гіпотеза не дозволяла повністю позбутися від проблем. Ця задача привернула до себе увагу такого видатного фізика, Хендрік Лоренц. Класичні уявлення про рух спиралися на стаціонарну систему відліку (у даному випадку пов’язану з ефіром), щодо якої можна було проводити вимірювання абсолютного руху.

Невдачі, незмінно постигавшие всі спроби довести існування такої системи, були однією з найбільш важких проблем, з якими зіткнулася в кінці XIX ст. класична фізика. Роботи Лоренца спонукали Альберта Ейнштейна опублікувати в 1905 р. свою спеціальну теорію відносності. У цій теорії відкидалося існування стаціонарних систем відліку і абсолютного руху. Тим самим відпадала й необхідність існування ефіру. З точки зору спеціальної теорії відносності Ейнштейна рух може бути повністю описана в термінах руху спостерігача. Відповідно до іншого постулату, світло поширюється з постійною швидкістю незалежно від руху спостерігача або джерела світла. Хоча експеримент Майкельсона – Морлі лише побічно сприяв становленню спеціальної теорії відносності(1905 р. Ейнштейну не було відомо про нього), ретроспективно він став важливим її підтвердженням.

Спантеличений результатами свого експерименту, М. все ж був задоволений точністю вимірювань, досягнуту з допомогою інтерферометра, і запропонував інші варіанти його використання. З 1889 по 1893 р. М. був професором фізики в Університеті Кларка в Уоркестре (штат Массачусетс). Там він використовував інтерферометр для визначення довжини метра в довжинах хвиль однією з спектральних ліній кадмію. Такий підхід дозволив би лабораторіям позбутися від фізичних еталонів типу металевих стрижнів, довжина яких залежить від обробки та температури. Цей метрологічний проект, завершений у 1902 р., приніс М. міжнародне визнання. У 1893 р. він став головою новоствореного фізичного факультету Чиказького університету.

Роботи М. по створенню метричного стандарту були «побічним продуктом» проведених ним у 1887…1897 рр. досліджень світла, випромінюваного збудженими атомами (тобто атомами, поглотившими енергію, наприклад в результаті нагрівання). Було відомо, що якщо випущений світло розкласти на компоненти з різними довжинами хвиль (різного кольору) з допомогою спектрографа, то виходить лінійчатий спектр має характерний для кожного хімічного елемента вигляд. Фізики бачили в спектрах атомів ключ до розгадки атомної структури. Досліджуючи спектральні лінії з допомогою інтерферометра, М. виявив, що всі вони складаються з декількох близько розташованих «подлиний». Таку тонку структуру вченим не вдавалося пояснити до появи в 20-х рр. квантової механіки. Нині інтерферометр М. застосовується для аналізу світла повсякденно і залишається одним з найбільш потужних засобів сучасного аналізу.

М. був удостоєний Нобелівської премії з фізики 1907 р. «за створення високоточних оптичних приладів і виконані з їх допомогою спектроскопічні та метрологічні дослідження». Виступаючи на церемонії вручення премії, К. Б. Хассельберг з Шведської королівської академії наук зазначив, що інтерферометр Майкельсона зробив можливими вимірювання «з надзвичайно високою точністю».

Прагнучи створити все більш точні і досконалі прилади, М. поставив перед собою завдання збільшити роздільну здатність спектрографов, використовуючи більш великі прецизійні дифракційні решітки. Такі решітки розкладають падаючий на них пучок світла на компоненти з різними довжинами хвиль. М. цікавили дифракційні решітки, виконані у вигляді дзеркала, на яке нанесено велику кількість тонких ліній з вузькими проміжками між ними. В результаті проведеного дослідження йому вдалося створити найбільші і тонкі дифракційні решітки, перевершували все, що було до нього. Спочатку М. припускав приділити цій роботі лише кілька років, але проблема настільки захопила його, що він не переставав займатися нею до кінця життя.

Після перерви, викликаного необхідністю роботи для потреб військово-морських сил Сполучених Штатів Америки під час першої світової війни, М. повернувся до своїх досліджень. На цей раз його інтереси звернулися до астрономії. М. преложил кілька способів використання інтерферометра для вимірювання діаметра таких малих об’єктів, як астероїди, малих лун планет Сонячної системи і великих яскравих зірок. У 1920 р. М. першому вдалося виміряти діаметр далекої зірки. Він повідомив, що діаметр гігантської зірки Бетельгейзе становить 240 млн. миль. Проводячи дослідження, які виконувалися на телескопі обсерваторії Маунт-Вілсон поблизу Пасадени, М. усе частіше бував у Каліфорнії. Працював він і в Каліфорнійському технологічному інституті. М. зробив перші жорсткості Землі, визначаючи за допомогою інтерферометра приливні коливання рівня води в трубах, закопаних у землю. В 1925 р. він став першим почесним професором Чиказького університету, але у 1929 р. покинув Чикаго і цілком присвятив себе дослідженням в Каліфорнії.

Шлюб М. з Маргарет Хеминуэй (1877), від якого народилися дочка і двоє синів, закінчився розлученням в 1897 р. Два роки потому М. вступив у шлюб з Эдной Стентон. Від цього шлюбу у М. було три дочки. М. був відомий художник-аквареліст і обдарований скрипаль. Навчав музиці і своїх дітей. М. добре грав у теніс, більярд, шахи та бридж, любив вітрильний спорт.

Відомий своєю цілеспрямованістю, М. завжди віддавав перевагу наукові дослідження адміністративної роботи та викладацької діяльності. Він не любив спілкуватися з аспірантами і лише зрідка, від випадку до випадку, виступав з лекціями і доповідями.

В останній рік життя, кілька серйозних ударів, М. продовжував керувати дослідженнями буквально лежачи в ліжку. Останнім його проектом, до завершення якого йому не судилося дожити, стала одна спроба уточнити вимірювання швидкості світла. М. помер від крововиливу в мозок 9 травня 1931 р. в Пасадені (штат Каліфорнія).

Хоча М. ніколи не захищав докторську дисертацію, він був удостоєний за свої досягнення ступеня почесного доктора одинадцятьма найбільшими університетами Європи і Америки. Крім Нобелівської премії серед його численних нагород були медаль Коплі Лондонського королівського товариства (1907), медаль Генрі Дрейпера Національної академії наук США (1916), медаль Франкліна Франклиновского інституту (1923), золота медаль Лондонського королівського астрономічного товариства (1923) і медаль Дадделла Лондонського фізичного товариства. М. був членом багатьох наукових товариств і академій, в тому числі Національної академії США, Лондонського королівського товариства, Французької наук і Академії наук СРСР. Він був президентом Американського фізичного товариства (1901…4903) і Національної академії наук США (1916), медаль Франкліна Франклиновского інституту (1923), золота медаль Лондонського королівського астрономічного товариства (1923) і медаль Дадделла Лондонського фізичного товариства. М. був членом багатьох наукових товариств і академій, в тому числі Національної академії США, Лондонського королівського товариства, Французької наук і Академії наук СРСР. Він був президентом Американського фізичного товариства (1901…4903) і Національної академії наук США (1916).