A 19. század második felében a fény terjedésének természetéről, a gravitáció hatásáról és néhány más jelenségről alkotott fizikai nézetek egyre inkább nehézségekbe ütköztek. A tudományt uraló éteri fogalomhoz kapcsolták őket. A felgyülemlett ellentmondásokat feloldó kísérlet lebonyolításának gondolata, ahogy mondják, a levegőben volt.

Az 1880-as években egy sor kísérletet végeztek, amelyek nagyon összetettek és finomak voltak az akkori időkben – Michelson kísérletei a fénysebesség és a megfigyelő mozgási irányától való függésének tanulmányozására. Mielőtt részletesebben foglalkoznánk e híres kísérletek leírásával és eredményeivel, emlékeznünk kell arra, hogy mi volt az éter fogalma, és hogyan értelmezték a fény fizikáját.

századi nézetek a fény természetéről

A század elején a fény hullámelmélete diadalmaskodott, amely briliáns kísérleti megerősítést kapott Young és Fresnel munkáiban, majd elméleti igazolást Maxwell munkásságában. A fény tagadhatatlanul hullámtulajdonságokat mutatott, a korpuszkuláris elmélet pedig olyan tények halmaza alá temetett, amelyeket nem tudott megmagyarázni (csak a XX. század elején elevenítik fel teljesen új alapon).

A korszak fizikája azonban nem tudta elképzelni egy hullám terjedését másként, mint valamilyen közeg mechanikai rezgései révén. Ha a fény hullám, és vákuumban is képes terjedni, akkor a tudósoknak nem volt más választásuk, mint azt feltételezni, hogy a vákuumot valamilyen anyag tölti ki, amely rezgéseinek köszönhetően fényhullámokat vezet.

Világító éter

Egy titokzatos, súlytalan, láthatatlan, semmilyen műszerrel nem regisztrált anyagot éternek neveztek. Michelson kísérletének éppen az volt a célja, hogy megerősítse más fizikai tárgyakkal való kölcsönhatás tényét.

Az éteri anyag létezésével kapcsolatos hipotéziseket Descartes és Huygens fogalmazta meg a 17. században, de ez éppen a 19. században vált szükségessé, mint a levegő, majd feloldhatatlan paradoxonokhoz vezetett. A tény az, hogy az éternek ahhoz, hogy egyáltalán létezhessen, egymást kölcsönösen kizáró, vagy általában fizikailag valótlan tulajdonságokkal kellett rendelkeznie.

Az éteri koncepció ellentmondásai

Ahhoz, hogy megfeleljen a megfigyelhető világ képének, a világító éternek teljesen mozdulatlannak kell lennie - különben ez a kép folyamatosan torzulna. De mozdulatlansága kibékíthetetlen ellentétbe került Maxwell egyenleteivel és Galilei relativitáselvével. Megtartásuk érdekében be kellett ismerni, hogy az étert mozgó testek viszik el.

Ráadásul az éteri anyagot abszolút szilárdnak, folytonosnak, ugyanakkor a testek áthaladását semmilyen módon nem akadályozónak tartották, összenyomhatatlannak, ráadásul keresztirányú rugalmassággal is rendelkezik, különben nem vezetne elektromágneses hullámokat. Ezenkívül az étert egy mindent átható anyagnak tekintették, amely ismét nem illik jól a bűvölet gondolatához.

Michelson kísérletének ötlete és első előadása

Albert Michelson amerikai fizikust azután kezdte érdekelni az éter problémája, hogy a Nature folyóiratban elolvasta Maxwell levelét, amely utóbbi halála után, 1879-ben jelent meg, és leír egy sikertelen kísérletet a Föld mozgásának az éterhez viszonyított kimutatására.

Michelson első kísérletét 1881-ben végezte el, hogy a Földdel együtt mozgó megfigyelő meghatározza az éterhez képest különböző irányokban terjedő fény sebességét.

A pályán mozgó Földet az úgynevezett éteri szél hatásának kell kitenni – ez a jelenség hasonló a mozgó testre áramló levegő áramlásához. Ezzel a „széllel” párhuzamosan irányított monokromatikus fénysugár feléje mozog, némileg veszít a sebességéből, és vissza (a tükörről visszaverődik) - fordítva. A sebességváltozás mindkét esetben azonos, de különböző időpontokban érhető el: a lelassult „szembejövő” sugár tovább halad. Így az „éteri széllel” párhuzamosan kibocsátott fényjel szükségszerűen késik az azonos távolságot megtett jelhez képest, szintén a tükörről visszaverődő, de merőleges irányban.

Ennek a késleltetésnek a rögzítésére egy Michelson által feltalált eszközt használtak - egy interferométert, amelynek működése a koherens fényhullámok szuperpozíciójának jelenségén alapul. Ha az egyik hullám késik, az interferenciamintázat eltolódik a keletkező fáziskülönbség miatt.

Michelson első kísérlete tükrökkel és interferométerrel a készülék elégtelen érzékenysége és a számos interferencia (rezgés) alábecsülése miatt nem adott egyértelmű eredményt, és kritikát váltott ki. A pontosság jelentős növelésére volt szükség.

Ismételt tapasztalat

1887-ben a tudós megismételte a kísérletet honfitársával, Edward Morley-val. Továbbfejlesztett telepítést alkalmaztak, és különös gondot fordítottak a melléktényezők hatásának kiküszöbölésére.

Az élmény lényege nem változott. A lencsével összegyűjtött fénysugár egy 45°-os szögben rögzített áttetsző tükörre esett. Itt megosztották: az egyik sugár áthatolt az elválasztón, a másik merőlegesen ment ki. Ezután mindegyik nyaláb egy közönséges lapos tükör visszaverődött, visszakerült a sugárosztóba, majd részben ráesett az interferométerre. A kísérletezők bíztak az „éteri szél” létezésében, és arra számítottak, hogy az interferencia peremének több mint egyharmadával teljesen mérhető eltolódást fognak elérni.

Lehetetlen volt figyelmen kívül hagyni a Naprendszer térbeli mozgását, így a kísérlet ötlete magában foglalta az installáció elforgatásának lehetőségét az „éteri szél” irányának finomhangolása érdekében.

A vibrációs interferencia és a kép torzulásának elkerülése érdekében a készülék elfordítása során a teljes szerkezetet egy masszív kőlapra helyezték, amelyen egy tiszta higanyban úszó, toroid alakú úszó is volt. Az installáció alatti alapot a szikláig betemették.

Kísérleti eredmények

A tudósok gondos megfigyeléseket végeztek egy éven keresztül, és a lemezt az óramutató járásával megegyezően és ellentétes irányban forgatták a készülékkel. 16 irányban rögzítették. És a korszakában példátlan pontosság ellenére Michelson kísérlete, amelyet Morleyval együttműködve végeztek, negatív eredményt hozott.

A sugárosztót elhagyó fázisban lévő fényhullámok fáziseltolódás nélkül értek el a célba. Ez minden alkalommal megismétlődött, az interferométer bármely pozíciójában, és azt jelentette, hogy Michelson kísérletében a fénysebesség semmilyen körülmények között nem változott.

A kísérleti eredményeket a 20. században is többször ellenőrizték lézeres interferométerekkel és mikrohullámú rezonátorokkal, a fénysebesség tízmilliárdos pontosságát elérve. A kísérlet eredménye megingathatatlan marad: ez az érték változatlan.

A kísérlet jelentősége

Michelson és Morley kísérleteiből az következik, hogy az „éteri szél”, következésképpen maga ez a megfoghatatlan anyag egyszerűen nem létezik. Ha egy fizikai objektumot alapvetően nem észlelünk egyetlen folyamatban sem, az egyenlő a hiányával. A fizikusok, köztük maguk a zseniálisan elvégzett kísérlet szerzői sem vették azonnal észre az éter fogalmának, és ezzel együtt az abszolút vonatkoztatási rendszernek az összeomlását.

Egyedül Albert Einstein tudott következetes és egyben forradalmian új magyarázatot adni a kísérleti eredményekre 1905-ben. Miután ezeket az eredményeket olyannak tekintette, amilyenek, anélkül, hogy megpróbálta volna hozzájuk vonzani a spekulatív étert, Einstein két következtetésre jutott:

1. Egyetlen optikai kísérlet sem képes kimutatni a Föld egyenes vonalú és egyenletes mozgását (a megfigyelési aktus rövid időtartama jogot ad arra, hogy ilyennek tekintsük).
2. Bármely tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerhez viszonyítva a fény sebessége vákuumban állandó.

Ezek a következtetések (az első – Galilei relativitáselvével kombinálva) szolgáltak alapul Einstein számára híres posztulátumainak megfogalmazásához. A Michelson-Morley-kísérlet tehát szilárd empirikus alapként szolgált a speciális relativitáselmélethez.

Nehéz elképzelni az abszolút ürességet - egy teljes vákuumot, amely semmit sem tartalmaz. Az emberi tudat arra törekszik, hogy legalább valami anyaggal megtöltse, és az emberi történelem sok évszázada azt hitték, hogy a világűr tele van éterrel.

Az ötlet az volt, hogy a csillagközi teret valami láthatatlan és megfoghatatlan finom anyag tölti ki. Amikor levezették a Maxwell-féle egyenletrendszert, amely azt jósolja, hogy a fény véges sebességgel terjed a térben, még maga ennek az elméletnek a szerzője is azt hitte, hogy az elektromágneses hullámok a közegben terjednek, ahogy az akusztikus hullámok terjednek a levegőben és a tenger hullámai a vízben.

A 19. század első felében a tudósok még az éter elméleti modelljét és a fényterjedés mechanikáját is gondosan kidolgozták, beleértve mindenféle emelőt és tengelyt, amelyek állítólag elősegítik a rezgési fényhullámok terjedését az éterben 1887-ben. két amerikai fizikus - Albert Michelson és Edward Morley - úgy döntött, hogy közösen végeznek egy kísérletet, amelynek célja, hogy egyszer s mindenkorra bebizonyítsa a szkeptikusoknak, hogy a világító éter valóban létezik, betölti az Univerzumot, és közegként szolgál a fény és más elektromágneses hullámok terjedéséhez. Michelsonnak megkérdőjelezhetetlen tekintélye volt az optikai műszerek tervezőjeként, Morley pedig fáradhatatlan és tévedhetetlen kísérleti fizikusként volt híres. Az általuk kitalált kísérletet könnyebb leírni, mint a gyakorlatban végrehajtani.

Michelson és Morley interferométert - egy optikai mérőeszközt - használt, amelyben a fénysugarat egy áttetsző tükör kettéválasztja (az üveglemezt az egyik oldalán ezüstözik éppen annyira, hogy részben átengedje a rá bejutó fénysugarakat, és részben visszaverje azokat; a hasonló technológiát használnak ma a tükörreflexes fényképezőgépekben). Ennek eredményeként a nyaláb szétválik, és az így létrejövő két koherens sugár derékszögben eltávolodik egymástól, majd visszaverődnek az áttetsző tükörtől egyenlő távolságra lévő két reflektortükörről, és visszatérnek az áttetsző tükörhöz, ahonnan a keletkező fénysugár lehetővé teszi. az egyik az interferenciamintázat megfigyelésére és a két nyaláb legkisebb deszinkronizálásának észlelésére (az egyik sugár késleltetése a másikhoz képest).

A Michelson-Morley-kísérlet alapvetően a világéter létezésének megerősítésére (vagy cáfolatára) irányult az „éteri szél” (vagy hiánya tényének) azonosításával. Valójában a Nap körüli pályán mozogva a Föld a feltételezett éterhez képest hat hónapig az egyik irányba, a következő hat hónapig pedig egy másik irányba mozog. Következésképpen hat hónapig az „éteri szélnek” kell fújnia a Földön, és ennek eredményeként az interferométer állásait az egyik, hat hónapig pedig a másik irányba kell eltolnia.

Így hát, miután egy évig megfigyelték a felállásukat, Michelson és Morley nem talált semmilyen elmozdulást az interferenciamintában: teljes éteri nyugalom! (Az ilyen, a lehető legnagyobb pontossággal végzett modern kísérletek, beleértve a lézeres interferométerekkel végzett kísérleteket is, hasonló eredményeket adtak.)

Tehát: éteri szél, és ezért éter nem létezik.

Az éteri szél és az éter mint olyan hiányában feloldhatatlan konfliktus a Newton-féle klasszikus mechanika (amely bizonyos abszolút vonatkoztatási rendszert jelent) és a Maxwell-egyenletek között (mely szerint

Michelson-Morley kísérlet

• Fizika

A Michelson-Morley-kísérlet már akkor kezdett érdeklődni, amikor az egyetemen tanultam - az nagyon régen volt. Itt van egy válogatás az internetről - több „vágás” rövidített formában:

A speciális relativitáselméletet Albert Einstein és elődei dolgozták ki főként a Michelson-Morley kísérlet (1881, 1887) alapján, amely nem tárt fel éter-sodródást – egy kísérlet a Föld mozgási sebességének meghatározására a világító közeghez viszonyítva ( éter).

A Michelson-Morley kísérlet lényege az volt, hogy az interferométer osztott fénysugarat használt, amely a Föld felszínének mozgásához képest hossz- és keresztirányban haladt előre és hátra. A kapott fénysugár, amely az áttetsző tükörbe visszatért, lehetővé tette az interferenciaperemek elmozdulásának interferenciamintázatának megfigyelését és a két nyaláb legkisebb deszinkronizálásának - az egyik sugár késleltetésének - a másikhoz viszonyított azonosítását.

Ezt a kísérletet a 19. század végén és később végezték, különböző kísérletezők vagy „nulla” (vagy „negatív”) vagy pozitív eredményeket mutattak egy bizonyos csillagcsúcs mellett. Különböző szakértők, köztük Nobel-díjasok kritizálják mind a Michelson-Morley-kísérletekhez hasonló kísérletek felállítását, mind az azokból származó elméleti számításokat.

Ez nem meglepő, hiszen a Michelson–Morley-kísérlet eredményei alapján született meg a speciális relativitáselmélet. A kísérlet jelentőségét valóban nehéz túlbecsülni, mert egy világító közeg - éter - jelenlétét kellett volna megerősítenie, amelynek hipotézisét a kísérlet után a relativisták elvetették és elfogadták a relativitáselméletet. És bár a Michelson-Morley kísérletek szerint az „éteri szél” hiánya még nem bizonyítja az éter hiányát, a relativisták a tudományos koncepció „egyszerűségének” pozitivista idealista felfogásából úgy döntöttek, hogy megszabadulnak. abból. Abban az időben a pozitivisták az olyan lényeges fogalmakat, mint az „anyag”, a metafizika relikviáinak nyilvánították.

A kifinomult olvasó megérti, hogy egy eszme istenítéséhez teljesen más mentális tulajdonságokra van szükség, mint egy szigorú tudományos megközelítéshez. A relativizmus keletkezésének és terjeszkedésének mechanizmusai nem különböznek a mondjuk vallási hiedelmek és mítoszok keletkezésének és terjedésének hasonló folyamataitól.

Bevallom, amikor érdekelt ez a kísérlet, nem találtam benne bizonyítékot a relativitáselméletre – az agy valószínűleg nem úgy épül fel, mint a zsenik. Az ottani beszéd a fénysebesség mérésére tett kísérletekről szólt a Föld felszínének mozgása mentén és keresztirányban. Ez a sebesség a mérési eredmények értelmezése szerint Michelson-Morley és követőik kísérleteiben azonosnak bizonyult, i.e. állandó. Szóval mi van? Csendben a hangsebesség is minden irányban állandó - a vakok országában ebből a tényből is valamiféle lenyűgöző elméletet tudnának felépíteni. És általában, miért ne lehetne állandó a fénysebesség a Földön belül? A tehetetlenségi tömeg, amellyel a fényrészecskék is rendelkeznek, függ-e a Föld mozgása mentén vagy keresztirányú mozgástól, vagy van-e erre vonatkozóan legalább egy hipotézis?

Semikov S.A. 2008. december 20-i jelentés a "Tudomány története és módszertana" tudományágról

A földi világot koromsötét borította.
Legyen világosság – és ekkor megjelent Newton.
De a Sátán nem várt sokáig a bosszúra:
Einstein megérkezett. És minden olyan lett, mint régen.

Mi vezetett a klasszikus mechanika ilyen radikális felülvizsgálatához? Az egész 1881-ben Michelson kísérletével kezdődött. A kísérlet során a Föld mozgási sebességét próbálták megállapítani az éterben - abban a közegben, amelyben az elektrodinamika szerint a fény terjedt. Ehhez Michelson-Morley interferométerben hasonlítottuk össze egy fénysugár mozgási idejét a Föld sebessége mentén és keresztben. Nyilvánvaló, hogy a fény sebessége az éterben végig és keresztben eltérő lenne, és a mozgási idők is eltérőek lennének. A tapasztalat azonban feltárta az idők egyenlőségét, ami az éterelmélet és az arra épülő Maxwell-elektrodinamika hamisságát jelezte. A tudósok azonban már annyira hittek az elektrodinamikában, hogy inkább a mechanikát módosították, hogy a kísérlet eredményét az elektrodinamikához igazítsák.

A fent megadott négysor, ha nem tévedek, két epigramma, amelyet Samuel Marshak fordított. Mivel nincs kifogásom a jelentés készítőjének nézeteivel szemben, megengedem magamnak, hogy a nyelvhasználati tényezőben keressek kivetnivalót – a rész végül is terminológiára vonatkozik: mármint az oldal részre. A helyes nyelvhasználat tehát véleményem szerint feltételezi a szavakon keresztül konstruált üzenetek helyes értelmezését. Ebből a szempontból pedig a Michelson-Morley-kísérletben nem mértek ilyen fénysebességet vagy „időegyenlőséget”. Csak a hulláminterferencia eredményeit rögzítették, amelyek alapján a fénysebesség megítélésére szolgáltak. Ugyanakkor sok önkényes, bár többé-kevésbé valószínű feltételezés hangzott el. Feltételezések, hogy a fény sebessége mozgásának előre és hátrafelé haladva azonos; hogy ezekben az irányokban a fény frekvenciája is azonos; hogy a fény visszaverődési ideje elhanyagolható; hogy az eszköznek a fénysugárral való kölcsönhatási folyamata ne okozzon torzulást az interferenciában stb.

A Michelson-Morley-kísérletről szóló feljegyzéseimben a következőképpen írták: A kísérlet nem tárta fel az „idők egyenlőségét”, hanem csak a mérések eredményét, ami különösen az idők egyenlőségeként értelmezhető.

Címkék: Michelson-Morley kísérlet, klasszikus mechanika

Korábban már említettük, hogy valamikor egy képzeletbeli „éteren” kísérelték meg meghatározni a Föld mozgásának abszolút sebességét, amely – ahogy akkor gondolták – az egész teret áthatja. E kísérletek közül a leghíresebbet Michelson és Morley végezte 1887-ben. De csak 18 évvel később Einstein megmagyarázta kísérletük negatív eredményeit.

A Michelson-Morley kísérlethez egy olyan készüléket használtunk, amelynek diagramja az 1. ábrán látható. 15.2. A készülék fő részei: A fényforrás, ezüstözött áttetsző üveglap B, két tükör C és E. Mindez mereven egy nehéz lemezre van rögzítve. A C és E tükröket azonos L távolságra helyeztük el a B lemeztől. A B lemez a beeső fénysugarat két részre osztja, egymásra merőlegesen; a tükrök felé irányulnak és visszaverődnek a B lemezre. A B lemezen ismét áthaladva mindkét sugár egymásra helyeződik (D és F). Ha a fény B-ből E-be és visszaútjához szükséges idő megegyezik azzal az idővel, amely a B-ből C-be és visszafelé halad, akkor a kapott D és F nyaláb fázisban lesz, és kölcsönösen erősödik; ha ezek az idők kismértékben is eltérnek, akkor fáziseltolódás lép fel a nyalábokban és ennek következtében interferencia. Ha az eszköz „nyugalomban” van az éterben, akkor az idők pontosan megegyeznek, ha pedig u sebességgel jobbra mozog, akkor időeltérés jelenik meg. Lássuk, miért.

Először is számoljuk ki, hogy mennyi időbe telik a fénynek a B-ből E-be és vissza. Legyen az „ott” idő egyenlő t 1 -gyel, a „vissza” idő pedig egyenlő t 2 -vel. De míg a fény B-ből a tükör felé halad, maga az eszköz ut 1 távolságot tesz meg, így a fénynek c sebességgel kell megtennie az L + ut 1 utat. Ez az út ezért ct 1-ként is jelölhető, ezért
ct 1 = L + ut 1, vagy t 1 = l/(c - u)
(ez az eredmény nyilvánvalóvá válik, ha figyelembe vesszük, hogy a fénysebesség az eszközhöz viszonyítva c - u; akkor az idő egyenlő az L hossz osztva c - u-val). Ugyanígy számíthatja ki a t2-t. Ezalatt a B lemez megközelíti az ut 2 távolságot, így a visszafelé tartó fénynek csak az L - ut 2 távolságot kell megtennie. Majd
ct 2 = L -ut 2 vagy t 2 = l/(c +u)
A teljes idő egyenlő
t 1 + t 2 = 2Lc/(c 2 - u 2);
Kényelmesebb ezt az űrlapba írni

Most számoljuk ki, hogy t 3 mennyi idő alatt jut el a fény a B lemeztől a C tükörig. Mint korábban, a t 3 idő alatt a C tükör ut 3 távolságot jobbra mozdul el (C pozícióba), és a fény végighalad. a BC hypotenus a távolság ct 3 . Egy derékszögű háromszögből az következik
(ct 3) 2 = L 2 + (ut 3) 2,
vagy
L 2 = c 2 t 2 3 - u 2 t 2 3 = (c 2 - u 2) t 2 3,
ahol
t 3 = l/√(c 2 - u 2)

Amikor a C pontból visszafelé sétálunk, a fénynek ugyanannyit kell megtennie; ez látszik a rajz szimmetriájából. Ez azt jelenti, hogy a visszatérési idő ugyanaz (t 3), a teljes idő pedig 2t 3. Beírjuk az űrlapba

Most összehasonlíthatjuk a két időt. A (15.4) és (15.5) számlálói megegyeznek - ez a fény terjedésének ideje nyugalmi állapotban. A nevezőkben az u 2 /c 2 tag kicsi, hacsak nem sokkal kisebb, mint c. Ezek a nevezők azt mutatják, hogy az eszköz mozgása miatt mennyi idő változik. Vegye figyelembe, hogy ezek a változások nem ugyanazok – a fénynek C-be és visszautazáshoz szükséges idő valamivel kevesebb, mint az E-be és visszafelé történő utazáshoz szükséges idő. Nem esnek egybe, még akkor sem, ha a tükrök és B távolságok azonosak. Már csak ezt a különbséget kell pontosan mérni.

Itt egy technikai finomság merül fel: mi van akkor, ha az L hosszúságok nem pontosan egyenlők egymással? Hiszen a pontos egyenlőséget úgysem fogod elérni soha. Ebben az esetben csak el kell forgatnia a készüléket 90°-kal, a BC-t a mozgás mentén, a BE-t pedig át kell helyezni. A hosszkülönbség ekkor már nem játszik szerepet, és már csak az interferenciaperemek eltolódását kell megfigyelni a készülék forgatásakor.

A kísérlet során Michelson és Morley úgy helyezték el a készüléket, hogy a BE szegmens párhuzamosnak bizonyult a Föld mozgásával a pályáján (a nappal és az éjszaka egy bizonyos órájában). A keringési sebesség hozzávetőlegesen 30 km/s, és a „légsodródásnak” a nap bizonyos óráiban, illetve az év bizonyos szakaszaiban el kell érnie ezt az értéket. A készülék elég érzékeny volt ahhoz, hogy észrevegye egy ilyen jelenséget. De nem észleltek időbeli különbséget - a Föld éteren keresztüli mozgásának sebességét lehetetlennek bizonyult kimutatni. A kísérlet eredménye nulla volt.

Rejtélyes volt. Ez riasztó volt. Az első gyümölcsöző ötletet a holtpontról való kitörésre Lorenz terjesztette elő. Elismerte, hogy mozgás közben minden anyagi test összenyomódik, de csak a mozgás irányában. Így ha egy test nyugalmi hossza Lo, akkor egy u sebességgel mozgó test hossza (nevezzük L ||-nek, ahol a || jel azt jelzi, hogy a mozgás a test hosszában történik) adott. képlet szerint

Ha ezt a képletet alkalmazzuk a Mankelson-Morley interferométerre, akkor a B és C közötti távolság változatlan marad, és a B és E távolság L√(1 - u 2 /c 2) értékre rövidül. Így a (15.5) egyenlet nem változik, de L a (15.4) egyenletben a (15.6) szerint változik. Ennek eredményeként megkapjuk

Összehasonlítva ezt a (15.5)-tel, azt látjuk, hogy most t 1 + t 2 = 2t 3 . Ezért ha a készülék valóban összehúzódik, ahogy feltételeztük, akkor világossá válik, hogy a Michelson-Morley kísérlet miért nem hozott semmilyen hatást.

Bár a redukciós hipotézis sikeres volt a tapasztalat negatív kimenetelének magyarázatában, maga is kiszolgáltatott volt annak a vádnak, hogy egyetlen célja az volt, hogy megszabaduljon a tapasztalatok magyarázatának nehézségeitől. Túl mesterséges volt. Hasonló nehézségek merültek fel azonban más, az éteri szél kimutatására irányuló kísérletekben is. A végén kezdett úgy tűnni, hogy a természet „összeesküvésbe” lépett az ember ellen, összeesküvéshez folyamodott, és időnként új jelenségeket mutatott be, hogy nullára redukáljon minden olyan jelenséget, amellyel az ember megpróbálkozik. mérni u.

És végül felismerték (Poincaré rámutatott erre), hogy a teljes összeesküvés a természet törvénye! Poincaré felvetette, hogy a természetben létezik egy törvény, miszerint az éteri szelet semmilyen módon nem lehet kimutatni, vagyis az abszolút sebességet nem lehet kimutatni.

), mint a rugalmas hullámok gázban vagy folyadékban. Ha a fényforrás és a vevő egymástól meghatározott távolságra helyezkednek el, sebességgel mozognak v ezen az anyagon keresztül, akkor a fény forrástól a vevőig terjedésének ideje a sebességvektor és a forrást és vevőt összekötő vektor egymáshoz viszonyított helyzetétől függ. Relatív időkülönbség Δ t/t amikor a fény párhuzamosan és merőlegesen terjed az éter áramlására, a nagyságrend közel van ( v/c) 2, ha az éter sebessége sokkal kisebb, mint a fénysebesség. Michelson kísérlete a Föld keringési mozgását használta fel egy hipotetikus éteren keresztül (a Naphoz képest feltehetően stacionárius), és mérte a különbséget a fény áthaladási idejének egyidejűleg az interferométer két merőleges karján keresztül; ha a készüléket az éteráramban forgatják, akkor az interferométer karjain áthaladó fénynek meg kell változnia, ami az elektromágneses hullám fáziskülönbségének megváltozásához vezetne a párhuzamos és merőleges karokban, és a megfigyelt interferenciamintázat változása, amely akkor jelenik meg, ha ezt a két fénynyalábot összeadjuk.

Tekintsünk egy egyszerűsített változatot, amikor az egyik kar (1) az éter eszközön keresztüli mozgása mentén helyezkedik el, a másik kar merőleges rá.

Számítsa ki a teljes időt t 1 (\displaystyle t_(1)) a fény áthaladása az 1. karon, az előre és hátra mozgások időinek összegével és a kar hosszának megadásával L 0 (\displaystyle L_(0)):

(\displaystyle (\frac (2cL_(0))(c^(2)-v^(2)))=(\frac (2L_(0))(c))(\frac (1)(1-( \frac (v^(2))(c^(2))))\approx (\frac (2L_(0))(c))\left(1+(\frac (v^(2)))( c ^(2)))\jobbra).) A megközelítés annak köszönhető, hogy v 2 / c 2 ≪ ​​1 (\displaystyle v^(2)/c^(2)\ll 1) (körülbelül 10–8 (\displaystyle 10^(-8)) amikor a levegő sebességét veszik v (\displaystyle v) c ≈ 30 km/s ≈ 10 −4

v 1 = |

= v 2 + c 2 = c 1 + v 2 c 2 (\displaystyle v_(1)=|\mathbf (v_(1)) |=(\sqrt (v^(2)+c^(2))) =c(\sqrt (1+(\frac (v^(2)))(c^(2)))))) Most kiszámolhatjuk: t 2 = 2 L 1 c 1 1 + v 2 c 2 ≈ 2 L 1 c (1 − v 2 2 c 2) (\displaystyle t_(2)=(\frac (2L_(1))(c))( \frac (1)(\sqrt (1+(\frac (v^(2))(c^(2)))))\approx (\frac (2L_(1))(c))\left( 1 -(\frac (v^(2))(2c^(2)))\jobbra)) L 1 (\displaystyle L_(1))

c (\displaystyle c)

t 2 = 2 L 0 c (\displaystyle t_(2)=(\frac (2L_(0))(c))) A fáziskülönbség arányos: δ = c (t 2 − t 1) = 2 (L 0 − L 0 1 − v 2 c 2) (\displaystyle \delta =c(t_(2)-t_(1))=2\left((L_) (0)-(\frac (L_(0))(1-(\frac (v^(2))(c^(2)))))\jobbra)) S = | δ + δ ′ |:

, Hol

δ ′ (\displaystyle \delta ^(")) [ | ]

arányos a fáziskülönbséggel az elforduláskor [ | ]

π 2 (\displaystyle (\frac (\pi )(2)))

A Michelson–Morley kísérleti elrendezés, amelyen az 1887-es méréseket végezték. A készüléket egy masszív, 1,5 × 1,5 × 0,3 m méretű kőlapra helyezik, amely higanyban lebeg, hogy kiküszöbölje az interferométer karjainak hosszában bekövetkező változásokat a készülék elforgatásakor.

Ezen eredmények hatására George Fitzgerald és Lorentz azt a hipotézist terjesztette elő, hogy az anyagi testek a mozgás irányába zsugorodnak egy álló és nem bevitt éterben (1889).

Miller kísérletei [ | ]

Dayton K. Miller professzor (Case School of Applied Sciences) szerint:

Feltételezhető, hogy a kísérlet csak azt mutatta ki, hogy egy adott pincehelyiségben az étert hosszirányban magával hordják. Ezért fel fogjuk mozgatni a készüléket egy dombra, hogy megnézzük, van-e ott hatás. [ ]

1905 őszén Morley és Miller kísérletet végzett a clevelandi Euclid Heightsban, amely körülbelül 90 méterrel az Erie-tó felett és körülbelül 265 méterrel a tengerszint felett található. 1905-1906-ban Öt megfigyelési sorozatot végeztek, amelyek bizonyos pozitív hatást eredményeztek - a várt sodródás körülbelül 1/10-ét.

1921 márciusában a módszertanon és a berendezésen némileg változtattak, és 10 km/s-os „éterszelet” kaptak. Az eredményeket gondosan ellenőrizték, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a magnetostrikcióból és a hősugárzásból eredő hibákat kiküszöbölték. A berendezés forgásiránya nem befolyásolta a kísérlet eredményét.

A D. Miller által elért eredmények későbbi vizsgálatai kimutatták, hogy az általa megfigyelt és „éteri szél” jelenléteként értelmezett ingadozások statisztikai hibák és a hőmérsékleti hatások figyelmen kívül hagyásának következményei.

Kennedy kísérletei [ | ]

Most Miller kísérletével kapcsolatban szeretnék néhány megjegyzést tenni. Úgy gondolom, hogy a hatáshoz kapcsolódik egy komoly, a készülék teljes forradalmára periodikus, Miller által figyelmen kívül hagyott probléma, aki hangsúlyozza a félciklus-effektus fontosságát, vagyis a készülék fél fordulat alatti ismétlődését, és az éteri szél kérdésével kapcsolatban. Sok esetben a teljes ciklus hatás lényegesen nagyobb, mint a félciklus hatás. Miller szerint a teljes periódushatás a sávok szélességétől függ, és a végtelen szélességű sávok esetén nulla lesz.

Bár Miller azt állítja, hogy ezt a hatást nagymértékben ki tudta küszöbölni a clevelandi mérései során, és ez kísérletileg könnyen megmagyarázható, szeretném tisztábban megérteni ennek okait. Ha ebben a pillanatban a relativitáselmélet híveként beszélek, meg kell állapítanom, hogy ilyen hatás egyáltalán nem létezik. Valójában a berendezés egészének elforgatása, beleértve a fényforrást is, nem okoz semmilyen elmozdulást a relativitáselmélet szempontjából. Ha a Föld és a készülék nyugalmi állapotban van, akkor nincs hatás. Einstein szerint ugyanez a hatás hiánya figyelhető meg egy mozgó Föld esetében is. A teljes periódushatás tehát ellentétben áll a relativitáselmélettel, és nagy jelentőséggel bír. Ha Miller ezután olyan szisztematikus hatásokat fedezett fel, amelyek létezését nem lehet tagadni, akkor szintén fontos tudni a teljes periódushatás okát.

Michelson és Gael kísérletei[ | ]

A Michelson-Gel kísérlet vázlata

1925-ben Michelson és Gael vízcsöveket fektettek a földre egy téglalap alakban az Illinois állambeli Clearingben. Cső átmérője 30 cm. Az AF és DE csöveket pontosan nyugatról keletre, az EF, DA és CB csöveket északról délre irányították. A DE és AF hossza 613 m volt; EF, DA és CB - 339,5 m. Egy általános, három órán keresztül működő szivattyú képes levegőt szivattyúzni 1 cm higanynyomásra. Az elmozdulás észleléséhez Michelson összehasonlítja a távcső mezején megjelenő interferencia-peremeket, amelyeket egy nagy és kis kontúr körüljárásakor kapunk. Az egyik fénysugár az óramutató járásával megegyező, a másik az óramutató járásával ellentétes irányba haladt. A Föld forgása okozta csíkok elmozdulását különböző emberek rögzítették különböző napokon, amikor a tükröket teljesen átrendezték. Összesen 269 mérést végeztek. Elméletileg, feltételezve, hogy az éter mozdulatlan, a sáv 0,236 ± 0,002-es eltolódására kell számítani. A megfigyelési adatok feldolgozása 0,230 ± 0,005 torzítást eredményezett, ezzel megerősítve a Sagnac-effektus fennállását és nagyságát.

Modern lehetőségek[ | ]

1958-ban a Columbia Egyetemen (USA) egy még pontosabb kísérletet végeztek két maser ellentétes irányú sugárnyalábjaival, amely körülbelül 10-9%-os pontossággal mutatta ki a frekvencia függetlenségét a Föld mozgásától.

Még pontosabb mérések 1974-ben 0,025 m/s-ra hozták az érzékenységet. A Michelson-kísérlet modern változatai optikai és kriogéneket használnak interferométerek helyett [ tisztázza] mikrohullámú rezonátorok és lehetővé teszik a fénysebesség Δ eltérésének kimutatását c/c, ha ~10 −18 lenne. Ezenkívül a Michelson-kísérlet modern változatai érzékenyek a Lorentz-invariancia hipotetikus megsértésére nemcsak a Maxwell-egyenletekben (az elektromágneses hullámokra, mint a klasszikus kísérletben), hanem a