Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
Эти два луча падают на два зеркала Sj и S2, снова отражаются на полупрозрачную пластинку Р, еще раз расщепляющую каждый из них на два так, что по половине каждого попадает в телескоп F, с помощью которого ведется наблюдение. Если два пути PS1 и PSz в точности равны, то два полученных луча попадают в телескоп, будучи в одной и той же фазе колебаний, и, смешиваясь, образуют вновь простой луч, подобный исходному. Но если путь первого луча удлинить, смещая зеркало S1, то гребни и впадины двух цепочек волн уже не совпадут при смешивании в телескопе F, а окажутся сдвинутыми относительно друг друга и усилят или ослабят друг друга в большей или меньшей мере. Если зеркало Si медленно перемещать, то в телескопе F будут видны перемежающиеся пятна света и темноты. Отрезок между двумя положениями зеркала S1 для двух соседних темных полей в точности равен длине волны света. Таким способом Майкельсон выполнил измерения длин волн, точность которых превзошла точность почти всех других физических измерений. Этого удалось добиться путем подсчета числа переходов от света к темноте для достаточно большого смещения зеркала S1, составляющего многие тысячи длин волн. При этом ошибка измерения одной длины волны становится во столько же тысяч раз меньше.
В действительности то, что наблюдается в окуляре интерферометра, представляет собой не просто светлые и темные поля, а систему ярких и темных полос. Подобная картина объясняется тем, что два луча не точно параллельны друг другу, а волны не точно плоские. Вследствие этого каждая из отдельных частей обоих интерферирующих лучей проходит пути различной длины. Не будем углубляться в геометрические детали, но лишь упомянем об этом обстоятельстве, поскольку больше принято говорить об интерференционных полосах.
Здесь мы должны привести несколько численных данных. Вышеописанным методом было установлено, что длина волны желтого света, излучаемого бунзеновской горелкой, пламя которой окрашено с помощью обычной пищевой соли (NaCl) и
источником которого являются атомы натрия, равна мм =
= 6-10-5 см в вакууме. Весь видимый спектр ограничен малой областью длин волн, заключенной между 4-Ю-5 см (фиолетовый) и 8 X Ю-5 см (красный). На языке акустики это составляет одну октаву, т. е. область между одной длиной волны и другой, которая вдвое больше первой. Согласно формуле (35), частота колебаний желтого света от натрия выражается огром-
3 • 1010
ным числом: v «=» с/Х =-г = 5 • IO14, или 500 триллионов коле-
6-IO"5
баний в секунду. Самые быстрые акустические колебания, еще 104
Г л. IV. Фундаментальные законы оптики
слышимые человеческим ухом, составляют приблизительно 20 ООО колебаний в 1 сек.
Поразительная точность оптических методов измерения обеспечивается тем, что на длине пути, проходимого лучом света в интерферометрическом приборе, укладывается большое число длин волн. Эта точность позволяет нам, например, достоверно установить, что скорость света в газе меняется при очень малых изменениях давления или температуры (обусловленных, скажем, прикосновением руки к прибору). Чтобы обнаружить это, газ пропускают в цилиндр, ограниченный с одной стороны стеклянной пластинкой Р, ас другой — зеркалом Si. Можно видеть, что даже при ничтожном повышении давления интерференционная картина изменяется: светлые полосы переходят в темные, и наоборот.
Мы еще встретимся с интерферометром Майкельсона, когда будем решать вопрос о том, влияет ли движение Земли на скорость света.
§ 5. ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ПОПЕРЕЧНОСТЬ СВЕТОВЫХ ВОЛН
Хотя явление интерференции едва ли допускает какую-нибудь иную интерпретацию, кроме как на базе волновой теории, всеобщее признание этой теории встретилось с двумя трудностями, которые, как мы видели, Ньютон считал решающими аргументами против нее: во-первых, прямолинейное распространение света в общем случае и, во-вторых, природу явления поляризации. Первая трудность была преодолена в рамках самой волновой теории, когда она достигла достаточного уровня развития: было установлено; что волны «огибают углы», но лишь в областях порядка длины волны. Поскольку последние в случае света чрезвычайно малы, то невооруженному глазу представляется, что тени имеют резкие границы, а лучи ограничены прямыми линиями. Лишь очень точные наблюдения позволяют заметить интерференционные полосы дифрагирующего света, параллельные границам тени.
Честь создания теории дифракции принадлежит Френелю, позднее — Кирхгофу (1882 г.), а в дальнейшем — Зоммерфельду (1895 г.). Они математически проанализировали эти тонкие явления и определили пределы, в которых применимо понятие луча света.
Вторая трудность связана с явлениями, обусловленными поляризацией света. Выше, говоря о волнах, мы всегда имели в виду продольные волны, подобные известным звуковым волнам. Действительно, звуковая волна состоит из периодических уплотнений и разрежений, при которых отдельные частицы воздуха движутся взад-вперед в направлении распространения волны. § 5. Поляризация и поперечность световых волн
105
