В 1881 году Майкельсон приступил к измерениям на своем интерферометре, смонтированном в лаборатории Берлинского университета. Наблюдая в зрительную трубу интерференционную картину, он убедился в высокой чувствительности прибора. Полосы на экране дрожали и перемещались от каждого экипажа, проезжавшего по улице. Пришлось перевезти прибор в более спокойное место, в подвал обсерватории в Потсдаме. Но и здесь случайная погрешность отдельного измерения превосходила величину ожидаемого эффекта. Когда же прибегли к обработке данных многих измерений, вычисления не обнаружили никакого абсолютного движения Земли. Полученные результаты не были еще достаточно надежными для окончательного вывода. Тем не менее в том же 1881 году Майкельсон опубликовал в Америке и во Франции свое заключение об ошибочности гипотезы неподвижного эфира. Как говорил С. И. Вавилов, это было скорее догадкой, чем экспериментально доказанным фактом. К тому же в вычислениях времени прохождения светового луча Лоренц обнаружил ошибку. После ее исправления ожидаемый сдвиг интерференционных полос значительно уменьшился и составил всего четыре процента от их ширины. Доказать или опровергнуть наличие «эфирного ветра» оказалось гораздо труднее, чем первоначально предполагал автор опыта.
Вернувшись в Америку, Майкельсон не сразу отважился продолжить эксперимент, чтобы получить более достоверные результаты. Надо полагать, что к тому времени он уже понял всю сложность проблемы, которую ему не удалось решить с первого подхода. Для начала он задумал теперь создать прибор, способный заметить такие же ничтожные изменения скорости света, которые были обнаружены в опыте Физо. Своей идеей Майкельсон увлек видного ученого, профессора химии Эдварда Морли,[36] с которым он познакомился после переезда в Кливленд. В связи с плохим самочувствием Майкельсон не принимает участия в разработке измерительного устройства и в постановке опыта. Он покидает Кливленд в сентябре 1885 года, предполагая быть в отъезде целый год. Но через четыре месяца сообщение Морли об успешном запуске интерферометра вызывает его незамедлительное возвращение. Совместно проведя измерение скорости света в движущейся воде, они публикуют в 1886 году свои результаты, полностью подтверждающие данные опыта Физо. Лишь заново пройдя путь знаменитого французского физика, Майкельсон и Морли приступают к своему основному эксперименту. В середине 1887 года они завершили все намеченные измерения. Обнаруженные ими смещения интерференционных полос носили случайный характер и оказались в 20 раз меньше ожидаемого эффекта. «Эфирный ветер» был отвергнут теперь уже действительно достоверными результатами опыта, отвергнут окончательно и бесповоротно.
Этот решающий эксперимент дал величайший из всех «отрицательных» результатов в истории науки. Сам Майкельсон расценивал его как доказательство известной гипотезы об увлечении эфира движущейся Землей. Но совокупность имевшихся тогда экспериментальных данных и проведенный вскоре теоретический анализ всей проблемы не позволили согласиться с его выводами. Опыт привел к совершенно противоречивой ситуации в физике того времени, потребовал пересмотра основных ее понятий и представлений.
Глубокий кризис
Намереваясь посвятить себя физике, будущий великий физик-теоретик Макс Планк в 1875 году обратился за советом к декану физического факультета Мюнхенского университета. «Физика — область знания, в которой уже почти все открыто. Все важные открытия уже сделаны. Едва ли вам имеет смысл поступать на физический факультет» — такую бесперспективную картину нарисовал ему авторитетный профессор.
Меньше всего ожидалось, что это безмятежное состояние завершенности физики как науки может быть нарушено какими-либо сенсационными экспериментами. Возникнув в результате анализа и обобщения первоначальных опытных данных, физика давно уже превратилась в точную математическую науку, значительно опередив технические возможности эксперимента. Экспериментаторам предназначалась как будто бы незавидная роль: непрерывно уточнять свои же результаты, удивляясь безотказности всегда подтверждаемых теоретических предсказаний. В лучшем случае они могли открывать некоторые новые особенности уже известных физических явлений, недостаточно подробно изученных теоретическими методами. Поэтому велико было всеобщее изумление, когда именно со стороны экспериментов последовало первое потрясение основ классической физики.
Теория классической физики оказалась совершенно беспомощной перед опытами, в которых были установлены особенности распространения света в движущихся системах. «Отрицательный» результат опыта Майкельсона — Морли, доказав принципиальную неуловимость, ненаблюдаемость эфира, исключил последние возможности традиционного, согласующегося с законами классической теории объяснения экспериментально установленных свойств света. Эксперимент Брадлея, в котором наблюдалась аберрация звездного света, вызванная движением Земли вокруг Солнца, и эксперимент Физо, в котором устанавливалось частичное суммирование скоростей при распространении света в движущейся воде, совершенно исключали гипотезу полного увлечения эфира движущейся Землей, как будто бы согласующуюся с результатом опыта Майкельсона — Морли. Вся совокупность этих опытов в целом создавала безвыходную ситуацию в физике конца XIX века.
Кризис физической теории, вызванный проблемой объяснения установленных на опыте свойств света, усугубился неожиданно последовавшими как из рога изобилия величайшими экспериментальными открытиями совершенно новых и удивительных явлений. Начиная с 1895 года, когда Рентген открыл проникающие лучи, буквально каждый следующий год приносил ошеломляющее открытие: 1896 год — открытие явления радиоактивности, 1897 год — открытие электрона, 1898 год — открытие радия и полония, 1899 год — открытие сложного состава радиоактивного излучения. Пуанкаре пристально следил за крутой ломкой, происходящей в физике конца XIX века, нередко первым регистрируя наиболее острые моменты, как, например, обнаружение кажущегося несохранения энергии при радиоактивном распаде. Он неоднократно подчеркивал фундаментальный характер явления радиоактивности. Ему принадлежит меткая фраза о «радии — великом революционере нашего времени».
Каскад сенсационных открытий окончательно подорвал претензии классической физики на полное знание и объяснение физической действительности. Неспособность истолковать наблюдаемые на опыте особенности распространения света дополнялась теперь отсутствием каких-либо представлений о природе вновь открытых явлений. Экспериментальная физика обрела могущество, развеяв миф о полноте и близком завершении физики.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
