открытие атомного ядра в естествознании

Школа предоставила Майкельсону отпуск на два года, 1881-1882 гг.Во время этого отпуска Майкельсон построил в Берлине первую модель своего знаменитого интерферометра и произвел его испытание в лаборатории Гельмгольца. Вибрации, вызываемые большим движением шумного города, мешали нормальной работе чувствительного прибора. Майкельсон разобрал его и установил в Потсдаме на прочном кирпичном фундаменте большого телескопа. Результаты своего опыта он опубликовал в 1881 г. в статье «Относительное движение Земли и светоносного эфира». Никакого относительного движения обнаружить не удалось.Вернувшись в Америку, Майкельсон приступил к исполнению обязанностей профессора школы прикладной науки Кейса в Кливленде. Здесь он в сотрудничестве с профессором химии соседнего университета Эдвардом Морли (1838ЂЂЂ1923) начал готовить повторение своего эксперимента. Предварительно они повторили опыт физо с измерением скорости света в движущейся воде и результаты опубликовали в 1886 г. в статье «Влияние движения среды на скорость света». Опыт с большой точностью подтвердил результат физо 1851 г. В этой же работе они определили коэффициент увлечения Френеля.Затем они повторили опыт по изучению влияния движения Земли на распространение света. Интерферометр был смонтирован на каменной плите толщиной 30 см. Плита плавала в ртути на кольцеобразной деревянной подставке. На ней было установлено четыре зеркала, так что общий оптический путь интерферирующих пучков в результате многократного отражения увеличивался до 11 м (почти в 10 раз больше, чем в первом опыте). Опыты были закончены в июле 1887 г. Результат оказался также отрицательным, ожидаемого смещения почти не наблюдалось. Статья Майкельсона и Морли «Об относительном движении Земли и светоносного эфира» была опубликована в 1887 г.Рис. 51. Схема опыта Майкельсона - МорлиВ этом же году Герц начал свои знаменитые опыты, а Майкельсон и Морли опубликовали еще одну работу «О методе использования длины волны света натрия в качестве естественного и практического эталона длины». Она предшествовала классическим опытам Майкельсона по сравнению эталона метра с длиной волны красной линии кадмия, которые Майкельсон проводил в Париже в 1892 г. К этому времени Майкельсон был уже профессором университета Кларка. После этих экспериментов он перешел в Чикагский университет, где в 1894 г. была открыта Райерсоновская физическая лаборатория. Здесь Майкельсон остался до конца своих дней, продолжая работы по изготовлению спектроскопических приборов большой разрешающей способности (эшелон Майкельсона), измерению диаметра звезд и опыты по новому определению скорости света.Майкельсон умер 9 мая 1931 г. За несколько месяцев до смерти, в январе 1931 г., он встретился на конференции в Пасадене с Эйнштейном.Опыт Майкельсона был подробно описан и проанализирован Г. А. Лоренцем в статье «О влиянии движения Земли на световые явления», опубликованной в «Известиях Амстердамской Королевской академии наук» в 1886 г. за год до опыта Майкельсона и Мор-ли. французский текст этой статьи был опубликован в 1887 г. Этой статьей Лоренц начал цикл своих работ, посвященных электродинамике и оптике движущихся сред. Ее содержание было повторено в лекциях по теоретической физике («Теория и модели эфира»), вышедших на немецком языке в 1907 г., на английском ЂЂЂ в 1927 г., на русском ЂЂЂ в 1936 г. В этой статье Лоренц указывал на ошибку в расчете Майкельсона: Майкельсон считал, что свет в направлении, перпендикулярном движению Земли, распространяется так же, как если бы Земля и аппарат были неподвижны. Исправив эту ошибку, Лоренц показал, что ожидаемое смещение полос должно быть значительно меньше, чем предполагал Майкельсон, и будет составлять только ЂЂЂ часть ширины полосы, что ниже предела достоверной наблюдаемости. Но в 1887 г. Майкельсон и Морли сделали прибор значительно чувствительнее, и, как было уже сказано, результат был вновь отрицательным. Это противоречило всем сложившимся к тому времени теориям, за исключением теории, созданной в 1890 г. Герцем.В 1890 г. Герц опубликовал две статьи: «Об основных уравнениях электродинамики в покоящихся телах» и «Об основных уравнениях электродинамики для движущихся тел». Эти статьи содержали исследования о распространении «лучей электрической силы» и в сущности давали то каноническое изложение максвелловской теории электрического поля, которое вошло с тех пор в учебную литературу.В первой из этих статей Герц указывает, что теория Максвелла при своем зарождении была загромождена «лесами» (имеется в виду образ строительных лесов), которые необходимо было убрать. К числу таких лесов он относил и «господство вектор-потенциала в основных уравнениях». Его основные уравнения связывают непосредственно компоненты напряженностей электрических и магнитных полей, именно эти уравнения мы называем теперь «уравнениями Максвелла». Герц считает их фундаментальными законами, не выводимыми из каких-либо других фундаментальных принципов или с помощью воображаемых механизмов.Во второй статье Герц для получения уравнений электродинамики движущихся тел делает основное предположение, что эфир, находящийся внутри движущейся материи, движется одновременно с ней. Эта гипотеза полного увлечения эфира самым естественным образом объясняет отрицательный результат опыта Майкельсона. Однако она противоречит другим фактам: аберрации, опыту физо, опытам Рентгена и Эйхенвальда в электродинамике. Лоренц рассматривает оптические опыты в указанной выше статье, а также в большой программной работе 1895 г. «Опыт теории оптических и электрических явлений в движущихся телах». Этими работами Лоренц закладывает основы электронной теории.Гендрик Антон Лоренц родился 18 июля 1853 г. в небольшом голландском городе Арнхеме. Он учился в Лейденском университете, где в 1875 г. получил докторскую степень. Здесь он занимал пост профессора специально для него учрежденной кафедры теоретической физики. В 1912 г. Лоренц ушел на должность экстраординарного профессора кафедры и предложил своим преемником жившего тогда в России П. С. Эренфеста. Эренфест заведовал кафедрой в Лейдене с осени 1912 г. до своей трагической кончины осенью 1933 г. Лоренц в 1923 г. занял должность директора научного института в Гарлеме. С момента учреждения Сольвеевского фонда Лоренц был неизменным председателем Сольвеевских конгрессов. Скончался Лоренц 4 февраля 1928 г.В историю физики Лоренц вошел как создатель электронной теории, в которой синтезировал идеи теории поля и атомистики. Идея атома электричества, как мы знаем, начинается с фара-дея, с его законов электролиза.Максвелл в своем «Трактате» также приходит к идее атомного, или, как он выражается, молекулярного, заряда. Этот заряд он называет «молекулой электричества» и пишет, что «эта теория молекулярных зарядов может служить для выражения большого числа фактов электролиза; но,ЂЂЂ добавляет Максвелл, ЂЂЂ мало вероятно, чтобы к тому времени, когда мы познаем истинную природу электролиза, мы сохраним хоть что-нибудь из теории молекулярных зарядов; тогда у нас будет твердая основа для того, чтобы создать истинную теорию электрического тока и освободиться от этих представлений».Максвелл полагал, что в будущем полевые представления сделают излишними представления о дискретности заряда. Он ошибся. Наука сохранила и развила представление об атомности электричества. В 1874 г. ирландский физик Джонсон Стоней (1826ЂЂЂ1911) самым решительным образом высказался в защиту представления об элементарном заряде. В докладе «О физических единицах природы», прочитанном на съезде Британской ассоциации в Белфасте, он говорил: «Наконец, природа дает нам одно, вполне определенное количество электричества, независимое от рассматриваемых тел. Чтобы выяснить это, я формулирую закон Фарадея в следующих выражениях, которые, как я покажу, придадут ему ясность. На каждую химическую связь, разорванную внутри электролита, приходится определенное, всегда одинаковое количество электричества, прошедшее через электролит. Это определенное количество электричества я назову E1. Если мы примем его за единицу электричества, мы, вероятно, сделаем весьма большой шаг в изучении молекулярных явлений». Позднее (1891) Стоней ввел название «электрон» для величины E1.В 1881 г. Гельмгольц в речи, посвященной фарадею, высказал его идею об атомности электричества в четко определенной форме: «Если мы допускаем существование химических атомов, то мы принуждены заключить отсюда далее, что также и электричество, как положительное, так и отрицательное, разделяется на определенные элементарные количества, которые играют роль атомов электричества». Это элементарное количество электричества Гельмгольц назвал электрическим зарядом иона. Стоней указал на свой приоритет в интерпретации закона Фарадея, однако, как мы видели, приоритет принадлежит самому фарадею.Следует отметить, что речь Гельмгольца сыграла очень важную роль в развитии представления об электрическом заряде, она фигурировала в многочисленных статьях и книгах как первоисточник этого представления, и, может быть, большая популярность Гельмгольца была причиной того, что собственные высказывания фарадея были по существу забыты.Лоренц начал вводить в теорию электричества атомистику еще в ранних своих работах. В теории Максвелла свойства среды, в которой разыгрываются электромагнитные и оптические явления, описываются феноменологически коэффициентами, определяемыми из опыта. Лоренц уже в докторской диссертации (1875) «Об отражении и преломлении лучей света» пытается обосновать изменение в скорости распространения света в среде влиянием наэлектризованных частичек тела. Под действием световой волны заряды молекул приходят в колебательное движение и становятся источниками вторичных электромагнитных волн. Эти волны, интерферируя с первичными, и обусловливают преломление и отражение света. Здесь уже намечены те идеи, которые приведут к созданию электронной теории дисперсии света.В следующей статье ЂЂЂ «О соотношении между скоростью распространения света и плотностью и составом среды», опубликованной в 1878 г., Лоренц выводит знаменитое соотношение между показателем преломления и плотностью среды, известное под названием «формулы Лоренц ЂЂЂ Лоренца», поскольку датчанин Л. Лоренц независимо от Гендрика Лоренца пришел к тому же результату. В этой работе Лоренц развивает электромагнитную теорию дисперсии света с учетом того, что на молекулярный заряд, кроме поля волны, действует поле поляризованных частиц среды.В 1892 г. Лоренц выступил с большой работой «Электромагнитная теория Максвелла и ее приложение к движущимся телам». В этой работе уже намечены основные контуры электронной теории. Мир состоит из вещества и эфира, причем Лоренц называет веществом «все то, что может принимать участие в электрических токах, электрических смещениях и электромагнитных движениях». «Все весомые тела состоят из множества положительно и отрицательно

Часть III. Основные направления научной революции в физике XX в. / Курс истории физики