Албърт Майкълсън (Albert A. Michelson)
19 декември 1852 г. – 9 май 1931 г.
Нобелова награда за физика, 1907 г.
(За създаването на прецизни оптически прибори и провеждането с тях на спектроскопични и метрологични изследвания.)
Американският физик Албърт Ейбрахъм Майкълсън е роден в Стрелно (Германия) близо до полската граница в семейството на търговеца Самуел Майкълсън и Розали (Пжлюбска) Майкълсън, дъщеря на лекар. Тай е най-голямото от трите им деца. Когато е на две години, родителите му емигрират в Съединените щати, където бащата става доставчик на продукти по време на златната треска в Калифорния и Невада. Майкълсън е изпратен при роднини в Сан Франциско, където става ученик в мъжко средно училище. По-късно се премества на пансион при директора на училището, който събужда в него интерес към естествените науки и го съветва да постъпи във Военноморската академия на Съединените щати в Анаполис (щат Мериленд). С препоръчително писмо от близък конгресмен Майкълсън се обръща към президента Грант с молба да бъде назначен в академията, макар че няма нито едно свободно място. Настойчивостта му прави на официалните лица толкова силно впечатление, че през 1869 г. специално за него е определено едно място за слушател. Майкълсън завършва академията през 1873 г., две години служи като мичман, а през 1875 г. е назначен в нея за преподавател по физика и химия. Този пост заема през следващите четири години.
През 1878 г. Майкълсън проявява интерес към измерването на скоростта на светлината. Светлината и оптиката стават смисъл на целия му живот. Макар че по това време скоростта на светлината вече е измерена от френските физици Иполит Физо, Леон Фуко и Мари Алфред Корню, резултатите от изследванията им не може да се смятат за точни. Използвайки подарените от втория му баща 2000 долара, Майкълсън усъвършенства съществено метода на Фуко и измерва скоростта на светлината с недостижима по-рано точност. Работата му привлича международното внимание. През 1880 г. Майкълсън напуска Анаполис и в продължение на две години изучава оптика в Европа. По това време конструира интерферометъра - прибор, в който измерването на различните оптически явления става на основата на интерференцията на светлинните вълни.
Овладявайки изкуството за създаване на физически прибори, Майкълсън изобретява интерферометъра, за да намери движението на Земята през статичния етер, за който по онова време предполагат, че изпълва цялото космическо пространство. Шотландският физик Джеймс Клерк Максуел, който доказва теоретично, че светлината представлява електромагнитни вълни, изказва предположение, според което електромагнитната вълна трябва да се разпространява в определена среда. Електромагнитната теория на Максуел като че ли потвърждавала косвено съществуването на етера. Максуел предполага също, че съществуването на етера може да се открие, като се измери скоростта на светлината относно движението на Земята. Ако етерът е наистина среда, която пренася светлината, и Земята се движи относително спрямо него, скоростта на светлината трябва да бъде различна и да зависи от това дали светлината се движи към Земята, от нея или под ъгъл към нея. Никой не успявал да открие движението на Земята през етера, но се предполага, че неуспехът на всички опити се дължи на липсата на адекватни измерителни устройства. И именно тази празнина смята да запълни Майкълсън със своя интерферометър.
В прецизния интерферометър на Майкълсън лъч светлина се разделя с помощта на полупосребрено огледало на две, а след това двата лъча се съединяват отново. Майкълсън предполага, че тъй като двата лъча светлина изминават различни пътища (по направление на движението на Земята и перпендикулярно на него), те трябва да имат и различни скорости по отношение на Земята. Следователно вълните на двата лъча при съединението си ще имат различни фази, което трябва да даде интерференционна картина, подобна на тази, която се наблюдава при пресичане на вълните по повърхността на езеро. При интерференция се появяват редуващи се светли и тъмни ивици, образуващи така наречената интерференционна картина.
Първи опит да открие движението на Земята през етера с помощта на интерферометъра Майкълсън предприема през 1881 г., когато работи при Херман фон Хелмхолц в Берлин. За свое учудване не открива интерференционна картина: двата лъча се разпространяват с еднаква скорост. Майкълсън е толкова уверен в точността на своите измерения, че в съобщението за експеримента си, публикувано в "Американско научно списание" ("American Journal of Science"), се осмелява да изкаже смело за това време твърдение: "По този начин се доказва, че хипотезата за стационарния етер не е вярна". Макар важността на експеримента на Майкълсън да е широко призната, някои физици посочват възможни източници на грешки в схемата на експеримента, позволяващи съмнение в правилността на изводите.
Още преди връщането си в Съединените щати (1882 г.) Майкълсън напуска Военоморската академия, за да стане професор по физика в Института за приложна наука Кейс (Case School of Applied Science) в Кливлънд (щат Охайо). Там започва сътрудничеството му с Едуард Морли. Знаменитият им експеримент през 1887 г. е повторение на берлинския от 1881 г., но с усъвършенстван интерферометър, чиято конструкция изключва забелязаните по-рано източници на грешки. Резултатът от експеримента и този път се оказва отрицателен: интерференционна картина не се появява. Движението на Земята не влияе на скоростта на светлината.
Макар че експериментът Майкълсън-Морли поражда съмнение в съществуването на стационарния етер, двамата учени не отхвърлят тази концепция изцяло. Както отбелязва Майкълсън, отрицателният резултат от експеримента би могъл да се обясни, ако етерът се увлича от Земята и се движи почти с нейната скорост. Но и тази хипотеза не позволява пълно избавление от проблемите. Задачата привлича вниманието на такъв забележителен физик като Хендрик Лоренц. Класическите представи за движението се опират по това време на стационарната система на отчитане (в дадения случай свързана с етера), относно която би могло да се измерва абсолютното движение.
Неуспехите, постигащи неизменно всички опити да се докаже съществуването на подобна система, са един от най-трудните проблеми, с които се сблъсква в края на ХІХ в. класическата физика. Произведенията на Лоренц подтикват Алберт Айнщайн да публикува през 1905 г. своята специална теория за относителността. В тази теория се опровергава съществуването на стационарни системи за отчитане и на абсолютно движение. С това отпада и необходимостта от съществуването на етер. От гледна точка на специалната теория за относителността на Айнщайн движението може да бъде изцяло описано в границите на движението на наблюдателя. Според друг постулат светлината се разпространява с постоянна скорост независимо от движението на наблюдателя или източника на светлина. Макар че експериментът на Майкълсън-Морли помага само косвено за появата на специалната теория за относителността (през 1905 г. Айнщайн не знае за него), ретроспективно той е важно нейно потвърждение.
Озадачен от резултатите на своя експеримент, Майкълсън все пак е удовлетворен от точността на измеренията, достигната с помощта на интерферометъра и предлага други варианти за неговото използване. От 1889 до 1893 г. той е професор по физика в Университета Кларк в Уорстър (щат Масачузетс). Там той използва интерферометъра, за да определи дължината на метъра чрез дължините на вълните на една от спектралните линии на кадмия. Подобен подход би позволил на лабораториите да се избавят от физическите еталони от металически тип, чиято дължина зависи от обработката и температурата. Този метрологичен проект, завършен през 1902 г., донася на Майкълсън международно признание. През 1893 г. той оглавява новосъздадения физически факултет на Чикагския университет.
Работата на Майкълсън по създаването на метричен стандарт е "страничен продукт" от проведените през 1887-1897 г. негови изследвания на светлината, излъчвана от възбудени атоми (атоми, погълнали енергия, например в резултат от нагряване). Известно е, че ако излъчената светлина се разложи на компоненти с различни дължини на вълните (различен цвят) с помощта на спектрограф, полученият линеен спектър има вид, характерен за всеки химичен елемент. Физиците виждат в спектрите на атомите ключ за разгадаването на атомната структура. Изследвайки спектралните линии с помощта на своя интерферометър, Майкълсън открива, че всички те се състоят от няколко близко разположени "подлинии". Подобна прецизна структура учените не успяват да обяснят, докато през 20-те години на ХХ в. не се появява квантовата механика. Днес интерферометърът на Майкълсън се използва за анализиране на светлината всекидневно и остава едно от най-мощните средства за съвременен анализ.
Стремейки се да създаде все по-точни и съвършени прибори, Майкълсън си поставя задачата да увеличи разрешителната способност на спектрографите, използвайки по-големи прецизиращи дифракционни решетки. Подобни решетки разлагат падащия върху тях лъч светлина на компоненти с различни дължини на вълните. Майкълсън се интересува от дифракционни решетки, направени във вид на огледала, върху които са нанесени много на брой тънки линии, разделени от тесни междини. В резултат от проведените изследвания той успява да създаде най-големите и тънки дифракционни решетки, превъзхождащи всички, съществували преди това. Отначало Майкълсън предполага да отдели на тази работа няколко години, но проблемът го увлича дотолкова, че не престава да се занимава с него до края на живота си.
След прекъсване, предизвикано от необходимостта да работи за нуждите на военоморските сили на Съединените американски щати по време на Първата световна война, Майкълсън подновява своите изследвания. Този път интересите му са насочени към астрономията. Майкълсън прилага няколко начина за използване на интерферометъра за измерване на диаметъра на такива малки обекти като астероидите, малките луни на планетите от Слънчевата система и големите ярки звезди. През 1920 г. Майкълсън успява пръв да измери диаметъра на далечна звезда. Той съобщава, че диаметърът на гигантската звезда Бетелгейзе е 240 млн. мили. Провеждайки тези изследвания, като използва телескопа на обсерваторията Маунт Уилсън близо до Пасадена, Майкълсън все по-често се намира в Калифорния. Работи и в Калифорнийския технологичен институт. През 1925 г. става първия почетен професор в Чикагския университет, но през 1929 г. напуска Чикаго и се посвещава на изследванията си в Калифорния.
Бракът на Майкълсън с Маргарет Хеминуей (1877 г.), от който се раждат дъщеря и двама сина, завършва с развод през 1897 г. Две години по-късно Майкълсън се жени за Една Стентън. От този брак има три дъщери. Тай е известен като художник-акварелист и надарен цигулар. Учи на музика и децата си. Майкълсън играе добре тенис, билярд, шах и бридж, обича ветроходството.
Известен със своята целеустременост, Майкълсън винаги предпочита научните изследвания пред административната работа и преподавателската дейност. Той не обича да работи с аспиранти и рядко, от случай на случай, изнася лекции и доклади.
През последните си години от живота, след няколко сериозни удара, Майкълсън продължава да ръководи изследванията буквално от леглото. Последният му проект, до завършването на който не му е съдено да доживее, е опит да се уточни измерването на скоростта, с която се движи светлината. Умира от кръвоизлив в мозъка в Пасадена (щат Калифорния).
Макар че няма защитена докторска дисертация, Майкълсън е удостоен за постиженията си със степента почетен доктор на единадесет най-големи университета в Европа и Америка. Освен Нобеловата награда сред многобройните му награди е медалът Копли на Лондонското кралско дружество (1907 г.), медалът Хенри Дрейпър на
Националната академия на науките на САЩ (1916 г.), медалът Франклин на
Франклиновия институт (1923 г.), златният медал на Лондонското кралско астрономическо дружество (1923 г.) и медалът Дъдъл на Лондонското физическо дружество. Майкълсън е член на много научни дружества и академии, сред които Националната академия на САЩ, Лондонското кралско дружество, Френската академия на науките и Академията на науките на СССР. Той е президент на Американското физическо дружество (1900 г.) и на Националната академия на науките на САЩ (1923-1927).
Превод
от руски: Павел Б. Николов
