Альберт А. Майкельсон

редактировать

Альберт А. Майкельсон
Albert Abraham Michelson2.jpg
Родился(1852-12-19) 19 декабря 1852 г.. Стшельно, Королевство Пруссия (современный Польша )
Умер9 мая 1931 (1931-05-09) (78 лет). Пасадена, Калифорния
ГражданствоСША
Alma materВоенно-морская академия США. Берлинский университет
Известен поСкорость света. Сверхтонкая структура. Тонкая структура. эксперимент Майкельсона – Морли. эксперимент Майкельсона – Гейла – Пирсона. Интерферометр Майкельсона. звездный интерферометр Майкельсона
Супруг (ы)Маргарет Хемингуэй ​​(m.1877; дел. 1898) ; 3 ребенка. Эдна Стэнтон ​(m.после 1899 г.) ; 3 ребенка
НаградыМедаль Маттеуччи (1903). Нобелевская премия по физике (1907). Медаль Копли (1907). Медаль Эллиота Крессона (1912). Медаль Генри Дрейпера (1916). Медаль Альберта (1920). Медаль Франклина (1923). Медаль и премия Дадделла (1929)
Научная карьера
ФилдсФизика
УчрежденияЗападный резервный университет Кейса. Университет Кларка. Чикагский университет
Советник по докторантуре Герман Гельмгольц
Другие научные консультантыГеорг Герман Квинке. Альфред Корню
ДокторантыРоберт Милликен
Подпись
Albert A Michelson Signature.svg

Альберт Абрахам Майкельсон FFRS H FRSE (19 декабря 1852 - 9 мая 1931) был американским физиком известен своими работами по измерению скорости света и особенно экспериментом Майкельсона-Морли. В 1907 году он получил Нобелевскую премию по физике, став первым американцем, получившим Нобелевскую премию в области науки. Он был основателем и первым руководителем физического факультета Чикагского университета .

Содержание

  • 1 Жизнь
  • 2 Семья
  • 3 Скорость света
    • 3.1 Ранние измерения
    • 3.2 Маунт Вильсон и Лукаут-Маунтин
    • 3.3 Майкельсон, Пиз и Пирсон
    • 3.4 Применение основных статистических принципов в исследовании скорости света Майкельсоном
    • 3.5 Эксперимент по интерферометрии Майкельсона – Морли
  • 4 Астрономическая интерферометрия
    • 4.1 Оптика
    • 4.2 Гравитационная волна
  • 5 Майкельсон в популярной культуре
  • 6 Почести и награды
  • 7 См. Также
  • 8 Примечания
  • 9 Ссылки
  • 10 Внешние ссылки

Life

Михельсон родился в Стшельно, Позен, Германия (современная Польша), сыне Самуила Михельсона, еврейского купца и его жена, Розалия Пжилубская, дочь польского купца. Он переехал в США со своими родителями в 1855 году, в возрасте двух лет. Он вырос в шахтерских городках Кэмп Мерфи, Калифорния, и Вирджиния-Сити, Невада, где его отец был торговцем. Его семья была еврейкой по происхождению, но нерелигиозной, а сам Михельсон был агностиком на протяжении всей жизни. Он провел свои школьные годы в Сан-Франциско в доме своей тети, Генриетты Леви (урожденной Михельсон), которая была матерью автора Гарриет Лейн Леви.

Президент Улисс С. Грант награжден Майкельсону специальное назначение в США Военно-морская академия в 1869 году. За четыре года работы мичманом в Академии Михельсон преуспел в оптике, теплоте климатологии и рисовании. После окончания университета в 1873 году и двух лет плавания в море он вернулся в Военно-морскую академию в 1875 году, где до 1879 года работал инструктором по физике и химии. В 1879 году он был отправлен в Морскую академию. Офис Альманаха, Вашингтон (часть Военно-морской обсерватории ), для работы с Саймоном Ньюкомбом. В следующем году он получил отпуск, чтобы продолжить учебу в Европе. Он посетил университеты Берлина и Гейдельберга, а также Collège de France и École Polytechnique в Париже.

Майкельсон был увлечен наукой и, в частности, проблемой измерения скорости света. Находясь в Аннаполисе, он провел свои первые эксперименты на скорости света как часть классной демонстрации в 1877 году. Его эксперимент в Аннаполисе был усовершенствован, и в В 1879 году он измерил скорость света в воздухе, равную 299 864 ± 51 км / с, и оценил скорость света в вакууме в 299 940 км / с, или 186 380 миль / с. После двух лет обучения в Европе он ушел из ВМФ в 1881 году. В 1883 году он принял должность профессора физики в Кейс-школе прикладных наук в Кливленде., Огайо, и сконцентрировались на разработке усовершенствованного интерферометра. В 1887 году он и Эдвард Морли провели знаменитый эксперимент Майкельсона-Морли, который не смог обнаружить доказательств существования светоносного эфира. Позже он перешел к использованию астрономических интерферометров для измерения диаметра звезд и измерения расстояния между двойными звездами.

В 1889 году Майкельсон стал профессором Университета Кларка в Вустере, Массачусетс, а в 1892 году был назначен профессором и первым руководителем отдела. физики в недавно организованном Чикагском университете.

В 1898 году он отметил феномен Гиббса в анализе Фурье на механическом компьютере, который был им сконструирован.

В 1907 году Майкельсон удостоился чести стать первым американцем, получившим Нобелевскую премию по физике «за свои прецизионные оптические приборы и спектроскопические и метрологические исследования, проведенные с их помощью». Он также получил медаль Копли в 1907 году, медаль Генри Дрейпера в 1916 году и Золотую медаль Королевского астрономического общества в 1923 году. Кратер на Луна названа в его честь.

Майкельсон умер в Пасадене, Калифорния в возрасте 78 лет. Общежития Чикагского университета вспомнили Майкельсона и его достижения, посвятив ему «Дом Майкельсона». Кейс Вестерн Резерв посвятил ему дом Майкельсона, и Михельсон-холл (академический корпус, состоящий из учебных классов, лабораторий и офисов) в Военно-морской академии США также носит его имя. В его честь названа лаборатория Майкельсона на авиабазе ВМС Китая Лейк в Риджкресте, штат Калифорния. В общедоступной части лаборатории есть экспозиция, которая включает факсимиле Нобелевской медали Майкельсона, документ о присуждении премии и образцы его дифракционных решеток.

Многочисленные награды, лекции и награды были учреждены во имя Альберта А. Михельсона. Некоторые из текущих наград и лекций, названных в честь Майкельсона, включают следующее: премия Бомема-Майкельсона и лекция, ежегодно представляемая до 2017 года Обществом Кобленца; Премия Майкельсона-Морли и лекция, а также серия лекций Майкельсона и стипендия Майкельсона для постдокторантуры, которые ежегодно присуждаются Западным резервным университетом Кейса ; А.А. Премия Майкельсона, ежегодно присуждаемая Computer Measurement Group ; премия Альберта А. Майкельсона, присужденная Военно-морской лигой Соединенных Штатов ; и серия лекций памяти Майкельсона, ежегодно представляемых Отделением математики и естественных наук в США. Военно-морская академия.

Семья

В 1877 году Майкельсон женился на Маргарет Хемингуэй, дочери богатого нью-йоркского биржевого маклера и юриста и племяннице его командира Уильяма Т. Сэмпсона. У них было два сына и дочь.

В 1899 году он женился на Эдне Стэнтон. Они вырастили трех дочерей.

Скорость света

Первая страница из «Экспериментального определения скорости света» Майкельсона Заключительная страница из «Экспериментального определения скорости света» Майкельсона

Ранние измерения

Михельсон был очарован светом всю свою жизнь. Когда его спросили, почему он изучает свет, он ответил: «Потому что это так весело».

Еще в 1869 году, когда он служил офицером в ВМС США, Майкельсон начал планирование повторения метода вращающегося зеркала Леона Фуко для измерения скорости света с использованием улучшенной оптики и более длинной базовой линии. Он провел некоторые предварительные измерения с использованием в значительной степени импровизированного оборудования в 1878 году, примерно в то же время, когда его работа привлекла внимание Саймона Ньюкомба, директора Управления морских альманахов, который уже продвинулся в планировании своего собственного исследования.

Формальные эксперименты Майкельсона проходили в июне и июле 1879 года. Он построил каркасное здание вдоль северной морской стены Военно-морской академии для размещения оборудования. Майкельсон опубликовал свой результат 299 910 ± 50 км / с в 1879 году, прежде чем присоединиться к Ньюкомбу в Вашингтоне, округ Колумбия, чтобы помочь с его измерениями там. Так началось долгое профессиональное сотрудничество и дружба между ними.

Саймон Ньюком с его более адекватно финансируемым проектом получил значение 299 860 ± 30 км / с, что на грани совпадения с оценкой Майкельсона. Майкельсон продолжал «совершенствовать» свой метод и в 1883 году опубликовал измерение 299 853 ± 60 км / с, что гораздо ближе к показателям своего наставника.

лейтенант Командир Альберт А. Майкельсон во время службы в США. Военно-морской флот. Он вернулся в ВМС США во время Первой мировой войны, когда был сделан этот портрет.

Маунт-Вильсон и Лукаут-Маунтин

В 1906 году Э. Б. Роза и Национальное бюро стандартов, чтобы получить значение для скорости света 299,781 ± 10 км / с. Хотя впоследствии было показано, что этот результат сильно искажен плохими электрическими стандартами, которые использовались в то время, похоже, что он установил моду на довольно низкие измеренные значения.

С 1920 года Майкельсон начал планировать окончательные измерения от обсерватории Маунт Вильсон, используя базовую линию до Лукаут-Маунтин, выступающего выступа на южном гребне Гора Сан-Антонио («Старый Лысый»), примерно в 22 милях от нее.

В 1922 году США Прибрежно-геодезическая служба начала два года кропотливого измерения базовой линии с использованием недавно доступных лент invar. При базовой длине, установленной в 1924 году, измерения проводились в течение следующих двух лет, чтобы получить опубликованное значение 299 796 ± 4 км / с.

Какими бы известными ни были измерения, они были сопряжены с проблемами, не в последнюю очередь в том числе дымка от лесных пожаров, размывающая зеркальное изображение. Также вероятно, что интенсивно детальная работа по геодезической съемке с оценочной погрешностью менее одной миллионной доли была нарушена из-за сдвига базовой линии, вызванного землетрясением в Санта-Барбаре. от 29 июня 1925 г., величина которого оценивалась в 6,3 балла по шкале Рихтера.

Знаменитый ныне эксперимент Майкельсона-Морли также повлиял на попытки утверждения коллег Теория общей теории относительности и специальной теории относительности Альберта Эйнштейна с использованием аналогичных оптических приборов. Эти инструменты и связанные с ними совместные работы включали участие коллег-физиков Дейтон Миллер, Хендрик Лоренц и Роберт Шенкленд.

Майкельсон, Пиз и Пирсон

Период после 1927 г. ознаменовался появлением новых измерений скорости света с использованием новых электрооптических устройств, все они были существенно ниже, чем значение Майкельсона 1926 года.

Майкельсон попытался провести другое измерение, но на этот раз в откачанной трубке, чтобы избежать трудностей при интерпретации изображения из-за атмосферных эффектов. В 1929 году он начал сотрудничество с Фрэнсисом Г. Пизом и Фредом Пирсоном для выполнения измерений в 1,6-километровой трубе диаметром 3 фута на ранчо Ирвин недалеко от Санта-Ана, Калифорния. При многократных отражениях световой путь увеличивался до 5 миль. Впервые в истории скорость света была измерена в почти идеальном вакууме 0,5 мм рт. Майкельсон умер, когда было завершено только 36 из 233 серий измерений, и эксперимент впоследствии был охвачен геологической нестабильностью и проблемами конденсации, прежде чем был получен результат 299,774 ± 11 км / с, соответствующий преобладающим значениям электрооптики. опубликовано посмертно в 1935 году.

Применение основных статистических принципов в исследовании скорости света Майкельсоном

В июне и начале июля 1879 года Майкельсон усовершенствовал экспериментальные схемы, разработанные Ипполитом Физо и Леон Фуко. Экспериментальная установка была следующей: свет, генерируемый источником, направляется на вращающееся зеркало через щель на неподвижной пластине; вращающееся зеркало отражает падающий свет и под определенным углом в направлении, в котором размещено другое неподвижное плоское зеркало, поверхность которого перпендикулярна падающему лучу света; вращающееся зеркало должно было повернуться на угол α к тому времени, когда луч света переместится назад и снова отразится в направлении неподвижной пластины (расстояние между неподвижным зеркалом и вращающимся записывается как D); на пластине регистрируется смещение от щели, измеряющее d; расстояние от вращающегося зеркала до неподвижной пластины обозначается как радиус r, а количество оборотов зеркала в секунду записывается как ω. Таким образом, tan (2α) = d / r; Δt = (α / 2π) / ω; скорость света может быть получена как c = 2D / Δt.

На первый взгляд используются четыре измеряемые величины: расстояние D, радиус r, смещение d и оборот вращающегося зеркала в секунду ω, что кажется простым; тем не менее, из-за ограничений технологии измерения в то время Майкельсон приложил большие усилия для уменьшения систематических ошибок и внесения последующих исправлений. Например, он использовал стальную измерительную ленту с указанной длиной 100 футов и намеревался измерить расстояние десятки раз; тем не менее, он измерил его длину по официальной стандартной верфи и выяснил, что это 100,006 футов, что устранило систематическую ошибку, хотя и небольшую.

Помимо усилий по максимально возможному уменьшению систематических ошибок, для получения более точных результатов были выполнены повторные измерения на нескольких уровнях. Как отметили в своей статье Р. Дж. МакКей и Р. У. Олдфорд: «Ясно, что Майкельсон ценил силу усреднения для уменьшения вариабельности измерений», ясно, что Майкельсон имел в виду свойство, заключающееся в том, что средние значения меняются меньше, что должно быть формально описано как: стандартное отклонение среднего n независимых случайных величин меньше, чем у одиночной случайной величины, на коэффициент квадратного корня из n. Чтобы понять это, он также стремился к тому, чтобы каждое измерение не влияло друг на друга, таким образом, являясь взаимно независимыми случайными величинами.

. Также следует отметить статистическую модель для повторных измерений, где допущение независимость или идентичные распределения нереально. В случае исследования скорости света каждое измерение рассматривается как сумма представляющей интерес величины и ошибки измерения. В отсутствие систематической ошибки ошибка измерения скорости света может быть смоделирована случайной выборкой из распределения с неизвестным математическим ожиданием и конечной дисперсией; таким образом, скорость света представлена ​​математическим ожиданием распределения модели, а конечная цель - оценить математическое ожидание распределения модели на полученном наборе данных. Закон больших чисел предлагает оценивать математическое ожидание по выборочному среднему.

Эксперимент по интерферометрии Майкельсона – Морли

В 1887 году он сотрудничал с коллегой Эдвардом Уильямсом Морли из Western Reserve Университет, ныне часть Западного резервного университета Кейса, в эксперименте Майкельсона-Морли. Их эксперимент по ожидаемому движению Земли относительно эфира, гипотетической среды, в которой должен был перемещаться свет, привел к нулевому результату. Удивленный, Майкельсон повторил эксперимент с все большей и большей точностью в течение следующих лет, но продолжал обнаруживать отсутствие возможности измерить эфир. Результаты Майкельсона-Морли оказали огромное влияние на физическое сообщество, что побудило Хендрика Лоренца разработать свои теперь знаменитые уравнения лоренцевского сжатия как средства объяснения нулевого результата.

Существуют некоторые исторические разногласия по поводу того, знал ли Альберт Эйнштейн о результатах Майкельсона-Морли, когда разработал свою теорию специальной теории относительности, которая объявила эфир быть «лишним». В более позднем интервью Эйнштейн сказал об эксперименте Майкельсона-Морли: «Я не осознавал, что он повлиял на меня напрямую... Думаю, я просто принял как должное, что это правда». Независимо от конкретных знаний Эйнштейна, этот эксперимент сегодня считается каноническим экспериментом в отношении демонстрации отсутствия обнаруживаемого эфира.

Точность их оборудования позволила Майкельсону и Морли первым получить точные значения для тонкая структура в атомных спектральных линиях, для которых в 1916 году Арнольд Зоммерфельд дал теоретическое объяснение, введя постоянную тонкой структуры.

астрономическую интерферометрию

Оптический

Горизонтальная конструкция, установленная наверху телескопа Хукера, представляет собой звездный интерферометр Майкельсона (1920). Зеркала на этой сцене (не видны на картинке) перенаправляют звездный свет из двух меньших апертур на расстоянии до 20 футов (6 м) друг от друга в телескоп.

В 1920 году Майкельсон и Фрэнсис Г. Пиз провели первое измерение диаметр звезды, отличной от Солнца. Майкельсон изобрел астрономическую интерферометрию и построил такой инструмент в обсерватории Маунт Вильсон, который использовался для измерения диаметра красного гиганта Бетельгейзе. Устройство перископа использовалось для направления света от двух подзрачков, разделенных на расстояние до 20 футов (6 м), в главный зрачок 100-дюймового (2,5 м) телескопа Хукера, создавая интерференционные полосы, наблюдаемые через окуляр.. После этого измерения диаметров звезд и разделения двойных звезд заняли все большую часть жизни Майкельсона.

Начиная с 1970-х годов возродилась астрономическая интерферометрия, когда конфигурации, использующие две (или более) отдельные апертуры (с небольшими диаметрами по сравнению с их расстоянием), часто называются «звездной интерферометрией Майкельсона». Это должно было отличать его от спекл-интерферометрии, но не следует путать его с интерферометром Майкельсона, который представляет собой одну из распространенных конфигураций лабораторных интерферометров, интерферометр которого, использованный в эксперименте Майкельсона-Морли, был пример. Концепция Майкельсона о мешающем свете из двух относительно небольших отверстий, разделенных значительным расстоянием (но с таким расстоянием или базовой линией, теперь часто достигающей сотен метров), используется в современных операционных обсерваториях, таких как VLTI, CHARA и NPOI.

ВМС США Гравитационная волна

Гравитационные волны обнаруживаются с помощью интерферометра Майкельсона с лазерным источником света. В 2020 году в эксплуатации находились три детектора гравитационных волн с интерферометром Майкельсона, а четвертый - в стадии строительства. Эти интерферометры Майкельсона имеют плечи длиной 4 километра, установленные под углом 90 градусов друг к другу, при этом свет проходит через вакуумные трубки диаметром 1 м, проходящие по всей их длине. Проходящая гравитационная волна слегка растягивает одну руку, укорачивая другую. Именно к этому движению интерферометры Майкельсона наиболее чувствительны. По состоянию на 2020 год с помощью этих интерферометров Майкельсона было зарегистрировано пятнадцать гравитационно-волновых событий.

Майкельсон в массовой культуре

«Альберт Абрахам Михельсон родился в этом городе 19 декабря 1852 года. Он был профессором Чикагского университета, лауреатом Нобелевской премии, который своими знаменитыми экспериментами со скоростью света, положила начало новой эре в развитии физики. Эта мемориальная доска была местом, где отмечали основание великой физики ». Памятная доска в Стшельно, Польша, установленная Польским физическим обществом.

в эпизоде ​​телесериала Bonanza («Взгляните на звезды», передача март 18, 1962), Бен Картрайт (Лорн Грин ) помогает 16-летнему Майкельсону (которого играет 25-летний Дуглас Ламберт (1936–1986)) получить встречу в США. Военно-морская академия, несмотря на сопротивление фанатичного городского школьного учителя (которого играет Уильям Шаллерт ). Действие Бонанзы происходило в районе Вирджиния-Сити, Невада, где Майкельсон жил со своими родителями до отъезда в Военно-морскую академию. В голосе за кадром в конце эпизода Грин упоминает Нобелевскую премию Майкельсона 1907 года.

Дом, в котором Майкельсон жил в детстве в лагере Мерфис, Калифорния, находился в магазине его отца, сначала на Мэйн-стрит, Мерфис, Калифорния, напротив отеля Sperry Perry и после пожара 1859 года в магазине при гостинице. Его тетя Берта Майерс владела домом на Мейн-стрит в восточной части города, и Майкельсон, вероятно, часто навещал там свою семью.

New Beast Theater Works в сотрудничестве с High Concept Laboratories выпустили «полуоперу» о Майкельсоне, его навязчивом стиле работы и его влиянии на его семейную жизнь. Производство шло с 11 по 26 февраля 2011 года в Чикаго на сцене Building Stage. Михельсон изобразил. Спектакль поставили на музыку:

Норман Фицрой Маклин написал эссе «Бильярд - хорошая игра»; опубликовано в The Norman Maclean Reader (изд. O. Alan Weltzien, 2008), это оценка Майкельсона с выгодной позиции Маклина, когда аспирант регулярно наблюдал, как он играет в бильярд.

Почести и награды

A памятник в Военно-морской академии США отмечает путь экспериментов Майкельсона по измерению скорости света.

Майкельсон был членом Королевского общества, Национальной академии наук, Американского физического общества и Американская ассоциация e Достижения науки.

Группа компьютерных измерений дает годовой A. Премия А. Майкельсона.

См. Также

  • Портал биографии

Примечания

Список литературы

Внешние ссылки

Викиисточник содержит оригинальные работы, написанные. Альбертом А. Майкельсоном
Wikiquote содержит цитаты, связанные с: Альберт А. Майкельсон
Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Альбертом А. Майкельсоном.
Последняя правка сделана 2021-06-10 15:10:22
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте