Michelson Morley tapasztalata arról tanúskodott, hogy Fr. Michelvon-Morley tapasztalat

Michelson 1881-ben végzett egy híres kísérletet, amelynek segítségével a Föld éterhez (az éteri szélhez) viszonyított mozgását remélte felfedezni. 1887-ben Michelson megismételte tapasztalatait Morleyval egy fejlettebb hangszeren. A Michelson-Morley installációt az 1. ábra mutatja. 150.1. A téglalap egy higannyal töltött gyűrű alakú öntöttvas vályút támasztott alá. Egy fa úszó lebegett a higanyon, olyan alakú, mint a hosszában vágott fánk alsó fele. Erre az úszóra egy masszív, négyzet alakú kőlapot szereltek fel. Egy ilyen eszköz lehetővé tette a lemez zökkenőmentes elforgatását a készülék függőleges tengelye körül. A lemezre Michelson interferométert szereltek fel (lásd 123.1. ábra), úgy módosították, hogy mindkét nyaláb, mielőtt visszatért volna az áttetsző lemezre, többször oda-vissza haladt a lemez átlójával egybeeső útvonalon. A sugárút diagramja az ábrán látható. 150.2. Az ábrán szereplő jelölések megfelelnek a 2. ábra jelöléseinek. 123.1.

A kísérlet a következő szempontokon alapult. Tegyük fel, hogy az interferométer karja (150.3. ábra) egybeesik a Föld éterhez viszonyított mozgási irányával. Ekkor a sugárnak a tükörhöz és visszafelé való eljutásához szükséges idő eltér attól az időtől, amely a 2. sugárnak az út megtételéhez szükséges.

Ennek eredményeként még akkor is, ha mindkét kar hossza egyenlő, az 1. és 2. gerendák némi útkülönbséget kapnak. Ha a készüléket 90°-kal elfordítják, a karok helyet cserélnek, és az útkülönbség előjelet vált. Ez az interferenciamintázat eltolódásához kell, hogy vezessen, aminek nagysága – amint azt Michelson számításai is mutatják – jól kimutatható.

Az interferenciamintázat várható eltolódásának kiszámításához keressük meg a megfelelő utak áthaladásának idejét az 1-es és 2-es nyalábokkal. Legyen a Föld éterhez viszonyított sebessége egyenlő.

Ha az étert nem viszi magával a Föld, és az éterhez viszonyított fénysebesség egyenlő c-vel (a levegő törésmutatója gyakorlatilag egyenlő az egységgel), akkor a fény sebessége az eszközhöz viszonyítva c-vel lesz egyenlő - v az irányra és c + v az irányra, ezért a 2. nyaláb idejét a képlet adja

(a Föld keringési sebessége 30 km/s, tehát

Az idő számításának megkezdése előtt vegye figyelembe a következő példát a mechanikából. Tegyük fel, hogy egy hajónak, amely a vízhez képest c sebességet fejleszt, egy v sebességgel folyó folyón kell átkelnie a partjaira pontosan merőleges irányban (150.4. ábra). Ahhoz, hogy a csónak adott irányba tudjon haladni, a vízhez viszonyított c sebességét az ábrán látható módon kell irányítani. Ezért a csónak sebessége a parthoz képest egyenlő lesz. Ugyanannyi lesz (ahogy Michelson feltételezte) az 1-es sugár sebessége az eszközhöz képest.

Ezért az 1. sugár ideje az

A (150.1) és (150.2) értékeket behelyettesítve a kifejezésbe, megkapjuk az 1. és 2. sugarak útja közötti különbséget:

Ha a műszert 90°-kal elforgatják, az útkülönbség előjelet vált. Következésképpen azoknak a peremeknek a száma, amelyekkel az interferenciaminta eltolódik, ennyi lesz

Az I karhossz (többszörös visszaverődést is figyelembe véve) 11 m. A fény hullámhossza a Michelson és Morley kísérletben 0,59 μm volt. Ha ezeket az értékeket behelyettesítjük a (150.3) képletbe, sávokat kapunk.

A készülék lehetővé tette a 0,01-es nagyságrendű peremeltolódás észlelését. Az interferenciamintában azonban nem találtunk elmozdulást. Annak kizárására, hogy a mérések időpontjában a horizont síkja merőleges legyen a Föld keringési sebességvektorára, a kísérletet a nap különböző szakaszaiban megismételték. Ezt követően a kísérletet sokszor, az év különböző időszakaiban végezték el (egy évig a Föld keringési sebességvektora 360°-kal elfordul az űrben), és mindig negatív eredményt adott. Az éteri szelet nem lehetett észlelni. A világéter megfoghatatlan maradt.

Számos kísérlet történt Michelson kísérletének negatív eredményének magyarázatára anélkül, hogy feladták volna a világéter hipotézisét. Mindezek a próbálkozások azonban sikertelenek voltak. Einstein 1905-ben kimerítő, következetes magyarázatot adott minden kísérleti tényre, beleértve Michelson kísérletének eredményeit is. Einstein arra a következtetésre jutott, hogy a világéter, azaz egy speciális közeg, amely abszolút referenciakeretként szolgálhatna, nem létezik. Ennek megfelelően Einstein a relativitás mechanikai elvét kivétel nélkül minden fizikai jelenségre kiterjesztette. Továbbá Einstein kísérleti adatokkal összhangban feltételezte, hogy a fény sebessége vákuumban minden tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben azonos, és nem függ a fényforrások és a vevők mozgásától.

A relativitás elve és a fénysebesség állandóságának elve képezi az Einstein által megalkotott speciális relativitáselmélet alapját (lásd az 1. kötet VIII. fejezetét).

Mielőtt rátérnénk a Michelson-interferométer részleteire, nézzük meg felülről, és próbáljuk megérteni, mihez vezet a fényeltérés hatásának alábecsülése.

ábra bal oldalán. Az 1. ábra a fénysugarak teljes útját mutatja, a jobb oldalon ugyanezen az ábrán egy egyszerűsített diagramot húznak, amelyet a modern tudomány alkalmaz. A jobb oldali ábrán a készülék négyzet alakú talpát látjuk, amelyen egy fényforrás, egy fénysugarat ismételten visszaverő tükörrendszer, valamint egy optikai eszköz (Michelson „teleszkópnak” nevezte) van rögzítve egy fényforrás megfigyelésére. interferencia minta. A zavaró sugarak optikai útjának növeléséhez tükörrendszerre van szükség, ami közvetlenül összefügg a fáziskülönbséggel. Alapvető fontosságú azonban, hogy a tükrök nem rendelkeznek: lehet több vagy kevesebb.

Rizs. egy. A fénysugarak útja a Michelson-interferométerben. A jobb oldali ábrán a 0 fényforrás 1-es nyalábja terjed a Föld mozgásának irányában; A 2-es nyaláb a C tükörről visszaverődő 1-es nyaláb. Az A tükörről visszavert 3-ból 4-es nyaláb lesz. Ahogy Michelson megjegyezte, az 1-2 nyalábok által megtett optikai út nem egyenlő a 3-4 nyalábok által megtett optikai úttal. Ezért a B pontban találkozva interferenciaperemeket adnak, amelyek közötti távolságok arányosak az 1-2 és a 3-4 sugarak útjában lévő különbséggel. Ebben hagyományos sémában, amelyet minden Michelson-Morley-kísérletről szóló tankönyv reprodukál, az aberrációs szög valójában az α szög. Az aberráció hatását összehasonlítják a fénysugár egyik vagy másik irányú „sodródásának” hatásával, a forrás vagy a vevő mozgásától függően. Sajnos a 3. gerenda elhajlásának előjelének kiválasztásakor hiba történt: az ábrán a 3. gerenda jobbra, a valóságban balra (3" gerenda) tér el.

Az iskolai tankönyvekben az aberrációt ferde vízsugarakkal magyarázzák, amelyeket eső hagy a mozgó autó oldalablakain. Ezek a fúvókák hegyesszöget zárnak be a jármű mozgásvektorának irányával. Valójában képzelje el, hogy egy autóban ül, amely az úton halad. Az autóbelső oldalablakain az esőcseppek ferde vonalakat rajzolnak, ahogy kialakul a sebesség háromszöge: vízszintes láb v 1 - a jármű sebessége; függőleges láb v 2 - az ejtés sebessége felülről lefelé. Ekkor ennek a háromszögnek a hipotenusza ennek a két sebességnek a vektorösszege. Ez az aberráció hatása.

E jelenség szerint a csillagászok a csillagok megfigyelésekor kissé elfordítják távcsövét a Föld mozgásának irányába. Ellenkező esetben a hullámfrontnak az a része, amely bejutott a távcső lencséjébe, nem éri el a szemlencsét. Sőt, az aberráció nagysága attól is függ, hogy a csillag hol helyezkedik el az éjszakai égbolton. A közvetlenül a fejünk felett lévő csillagok szabályos kört írnak le, amelynek szögsugara aberrációs eltérése α = 20,45 az év során. A zenittől valamilyen szögtávolságra elhelyezkedő csillagok ellipszist írnak le. Csillagok a horizontvonalon, azaz a síkban találhatók az ekliptikából (Föld pályája) egy egyenes mentén oszcillálnak, azonos ±α szögeltéréssel.

Rizs. 2. A fény aberráció hatásának lényege. A csillag, amelynek iránya a Föld keringési síkjára merőlegesen fekszik, a Föld mozgási irányában α = 20,45" szöggel el van tolva. Ezért a távcső csövét egy α szög a függőleges irányhoz Az aberrációs hatást az magyarázza, hogy a fény egy ponton belép a távcső lencséjébe DE, el kell érnie a szemlencsét a pontig NÁL NÉL hogy a földön lévő szemlélő lássa. Meghatározzuk az α dőlésszöget két sebesség vektor összege- a fény sebessége cés a Föld keringési sebessége v, hogy a fénysebesség a távcső csövében ( c") a szegmensen AC a Pitagorasz-formula határozza meg, azaz. tovább a sebességek összeadásának klasszikus képlete - (c² – v²) ½ (Ezek a magyarázatok egy korábban írt cikkemből származnak A fő érv a relativitáselmélet ellen).

A munka első részében többször is hangsúlyozták, hogy a Michelson-Morley-kísérlet helyes megértése a fény hullámtermészetének figyelembevételéből fakad - és ez igaz. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy az aberráció jelensége pontobjektumok példáján is megfigyelhető. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy J. Bradley, az aberráció felfedezője Newton optikai elmélete szerint a fényt testek formájában ábrázolta.

Tehát a távcsővel vagy autóval kapcsolatos példákban a mozgó az vevő. Ismételjük, ha egy csillag vagy egy esőcsepp sugarai függőlegesen lefelé esnek, akkor a vevő mozgása miatt α hegyesszög alakul ki, amely a normáltól oldalra rakódik le. a vevő irányába. Nos, mi történik, ha megmozdul forrás? Képzelje el, hogy egy szökőkutat szereltek fel egy autó hátuljába, amelynek sugára függőlegesen felfelé irányul. Amikor az autó mozog, ez a sugár természetesen visszafordul. Ezért az α aberráció szögét, amikor a fényforrás elmozdul, el kell halasztani a normáltól a ellenkező oldal a forrássebességvektorból.

Így az 1. ábrán. 1 sugár 3 a 0 fényforrásból nem az A pont felé megy, hanem a D pont felé. Michelson tévedett. A fejében egy folyó képe volt, amelyen két csónak haladt az áramlat mentén és át. Ehhez a képhez számította ki a sugarak idejét a készülékben, és megkapta a fáziskülönbséget. De ez nem meríti ki rajzának és ebből következően számításainak hiányosságait.

Kívülről az interferométerben lévő sugarak útjának Michelson-diagramja, amelyet a műből vettünk (lásd a jobb oldali ábrát), egy geometriai optikából származó rajzra hasonlít, amikor minden visszaverődési szög egyenlő a beesési szögekkel. De aberráció jelenlétében ezt a törvényt megsértik. Az áttetsző tükörre 45°-os szögben eső fénysugár nem ugyanabban a szögben, hanem más szögben verődik vissza: 45° + α. Ezért abban az esetben gyors utazás forrás, vevő és tükörrendszer, már nem lehet a törvényeket használni geometriai optika, csak érvényes helyhez kötöttügy.

Mozgó rendszerben az "optikai út" fogalma módosul. Ebben az esetben figyelembe kell venni az aberráció hatását és a Doppler-effektust, amelyeket az álló fényforrások és a vevő érzékelők optikájában nem vesznek figyelembe. Az interferométer sugárútjainak hagyományos sémája nem alkalmas a fáziskülönbség kiszámítására, amely az interferenciamintázatért felelős. Ez közvetlenül Michelson példájából származik, amikor a csónakokat elsodorja a folyó sodrása. A fénysugaraknál teljesen más a helyzet. Álló éteri közegben terjednek, miközben a fényrezgések forrása és vevői mozognak.

Mielőtt belemerülnénk az interferométer részleteibe és a kísérlet kialakításába, vessünk egy pillantást az előző nap történtekre. Ennek érdekében idézünk egy részletet Michelson és Morley cikkéből, amely egy 1887-es kísérlet eredményeiről íródott.

„Fresnel szerint – írják a szerzők – a hullámelméletben az étert egyrészt nyugalomban lévőnek feltételezik, kivéve az átlátszó közegek belsejét, ahol másodsorban úgy tekintik, hogy az éter mozgása sebesség kisebb, mint a közeg sebessége a ( n² – 1)/ n², hol n- törésmutató. Ez a két hipotézis teljes és kielégítő magyarázatot ad az aberrációra. A második hipotézist, annak látszólag valószínűtlensége ellenére, teljesen bebizonyítottnak kell tekinteni egyrészt Fizeau figyelemre méltó kísérletével, másrészt saját kutatásunkkal. A munka célja az első hipotézis kísérleti igazolása.

Ha a Föld átlátszó test lenne, akkor az imént említett kísérleteket figyelembe véve valószínűleg feltételezhető lenne, hogy az intermolekuláris éter a Föld keringési mozgása ellenére nyugalomban van az űrben; de nincs jogunk e kísérletekből származó következtetéseket az átlátszatlan testekre kiterjeszteni. Aligha fér azonban kétség afelől, hogy az éter át tud és át is megy a fémeken. Lorenz egy higany manométer csövét idézi illusztrációként. A cső megdöntésekor a higany feletti térben lévő éter biztosan kiszorul onnan, mivel nem összenyomható. De ismét nincs jogunk azt feltételezni, hogy teljesen szabadon jön ki, és ha bármilyen csekély ellenállás is lenne, természetesen nem hihetnénk, hogy egy olyan átlátszatlan test, mint a Föld egésze, az éter szabad áthaladását biztosítja. ezen a tömegen keresztül. De ahogy Lorenz találóan megjegyzi, „bármilyen fontos is legyen, véleményem szerint ebben a kérdésben is jobb, ha nem engedjük meg magunkat olyan megfontolások vezérelni, amelyek ennek vagy annak a hipotézisnek az elfogadhatóságán vagy egyszerűségén alapulnak, hanem tapasztalathoz fordulni, hogy megtanulja felismerni azt a nyugalmi vagy mozgási állapotot, amelyben az éter a Föld felszínén van.

1881 áprilisában egy módszert javasoltak és teszteltek a probléma megoldására.

A mért mennyiség képletének levezetésekor figyelmen kívül hagyták a Föld éteren keresztüli mozgásának a nyaláb erre a mozgására merőleges útjára gyakorolt ​​hatását. Ennek a mulasztásnak és az egész kísérletnek a tárgyalása G. A. Lorentz nagyon mély elemzésének tárgya, aki rájött, hogy ezt a hatást semmiképpen sem szabad figyelmen kívül hagyni. Ennek következtében a valóságban a mérendő mennyiség csak a fele a feltételezett mennyiségnek, és mivel ez utóbbi már alig volt túl a kísérlet hibáján, a kísérlet eredményeiből levont következtetések megkérdőjelezhetők. Mivel azonban az elmélet fő része nem kétséges, úgy döntöttek, hogy megismételjük a kísérletet olyan változtatásokkal, amelyek biztosítják, hogy az elméleti eredmény elég nagy ahhoz, hogy kísérleti hibák ne rejtsék el.

„Még Fresnel is a fent idézett levélben, amelyben bevezették a légellenállási együttható fogalmát, megmutatta, hogy az érték elfogadása k = (n² – 1)/ n² lehetővé teszi a Föld mozgásának egyes optikai jelenségekre gyakorolt ​​befolyásának hiányát, még akkor is, ha felismerjük az éter mozdulatlanságát, pl. kifejezetten megtagadják a relativitás elvének kiterjesztését az elektrodinamikára. A következőkben az elvándorlási együttható kérdése lesz az elmélet központi pontja. Fresnel kezdeti premisszáit (különböző éter-sűrűség a különböző, azonos rugalmasságú testekben) nem kellően alátámasztottnak ismerve fel, a későbbi kutatók más modellek alapján próbálták dinamikus értelmezni a húzóhatást.

Stokes megjegyezte, hogy a Fresnel-együtthatót akkor kaphatjuk meg, ha feltételezzük, hogy az összes éter a test belsejében mozog, és a Földbe vagy egy másik testbe belépő éter azonnal összenyomódik, és a testet elhagyó éter kisüt.

Ebből világossá válik, hogy Michelson és Morley valójában pontosan ezt a Stokes-i elképzelést tesztelték, amelyet Lorentz is előnyben részesített. A Fresnel-modell szerint az éter nem okoz szelet: a fizikai testek inhomogenitást hoznak létre az éter sűrűségében, amelyek a Föld keringési sebességével mozognak a Nap körül, de maga az éter nyugalomban van. Frankfurt és Frenk helyesen jegyezte meg, hogy ha ezt elfogadjuk, az azt jelenti, hogy "kifejezetten elutasítjuk a relativitás elvének az elektrodinamikára való kiterjesztését". Mindeközben, mire ezt az akut problémát tárgyalták, Mach már hirdette a relativitás teljes elvét. A vele egyetértők automatikusan Stokes és Lorentz pozícióira váltottak, akik korántsem új koncepcióhoz ragaszkodtak.

A régi elképzelések szerint a Földet, amikor a Nap körül mozog, az éteri közegnek kell fújnia, ahogy a repülő labdát a levegő. Bármennyire is kisült az éter, a súrlódás következtében a Földnek és más bolygóknak előbb-utóbb a Napra kell esniük. A csillagászok azonban nem észleltek lassulást mozgásukban: minden következő év pontosan megegyezik az előzővel. A helyzetet súlyosbította, hogy a fizikusok azt találták, hogy a fény egy elektromos és mágneses tér oszcillációja, amely merőleges a terjedési nyalábra. Kiderült, hogy ilyen átlós ingadozások csak ben lehetségesek teljesen szilárd test. Tehát a bolygók és az összes többi test szilárd testben mozog? Abszurd!

Michelson korában nem léteztek olyan tárgyak, amelyek mintául szolgálhattak volna az effajta mozgáshoz. Mára a világgal kapcsolatos ismeretek jelentősen bővültek. A félvezetők fizikájának tanulmányozása során olyan mechanizmusokat fedeztek fel, amelyek lehetővé teszik a fent leírt helyzet szimulációját. Például alacsony hőmérsékleten a germániumban az ún excitonok. Ezek kvázi részecskék mozog a félvezetőben a félvezető anyag átvitele nélkül.

Így szilárd testben energiagerjesztések jönnek létre, amelyek hasonlóak a hidrogénatomokhoz, és a megfelelő jellemzőkkel írhatók le: a pálya Bohr-sugára, impulzus, tömeg stb. biexcitonok- a hélium analógja, triexcitonok- a lítium analógja. A fizikusok felfedezték exciton folyadék, ami fog cseppek; a cseppek elpárologhatnak. Röviden szólva, szilárdtestfizika mechanikával foglalkozik szuperanyagok, amely hétköznapi anyagra épül.

Azonban még Michelson idejében is sok konstruktívan gondolkodó fizikus úgy gondolta, hogy a közönséges anyag atomjai és molekulái örvények vagy az éteri közeg néhány bonyolultabb gerjesztése révén jönnek létre. Például J. J. Thomson megpróbálta modellezni az elektront és az atomot örvények és Faraday-csövek segítségével (lásd alább). Anyag és éter , elektromosság és anyag, és szintén hasznos elolvasni). A hozzá hasonló fizikusok tökéletesen megértették, hogy nem lehet "éteri szelet" regisztrálni. A föld és minden rajta lévő dolog (beleértve a Michelson interferométert is) úgy repül a nyílt űrben, mint ahogy egy hullám siklik az óceán felszínén.

Nehéz megmondani, hogy a Michelson-Morley-kísérlet miért tett ilyen erős benyomást a relativistákra. Végül is, még a Mascar is, egy nagy kísérletsorozat után 1869-1874-ben. Következtetése: "A fényvisszaverődés, diffrakció, kettős fénytörés és a polarizációs sík elfordulásának jelenségei egyformán nem képesek feltárni a Föld transzlációs mozgását, ha a Nap fényét vagy egy földi forrást használjuk." A kérdés az, hogy miért várhatnánk valami rendkívülit attól az interferenciamintától, amelyet a Michelson-beállításban kaptunk? Frankfurt és Frank felidézik, hogy az említett Miller mellett, aki pozitív eredményt ért el, hasonló kísérleteket végzett Rayleigh (1902) és Bres (1905), akik megerősítették Michelson amúgy is negatív eredményét. Nyilvánvaló, hogy a kísérletek értelmezésének eltérése, a félreértés mértéke, az empirikus eredményekkel szembeni bizalmatlanság nagymértékben függ a fizikus világnézeti álláspontjától.

A formalista-fenomenalisták és a racionalista-konstruktivisták ismeretelméleti megközelítésének különbségeiről sokáig beszélhetünk. De most fontos megérteni, hogy Lorenz világképe az előbbi, J. J. Thomson pedig az utóbbi felé irányult. Lorentz elektronelméletében J. J. Thomsonnal ellentétben az elektront matematikai pontként ábrázolta, és nem fejtette ki a belső szerkezetét. Azt is hitte, hogy az anyag atomjai önmagukban léteznek, az éteri közeg pedig önmagától. Gondolkodását áthatja az absztrakt szimbolika, kevés teret kapott a vizuális ábrázolás. A hosszú matematikai számítások mögött elveszett a jelenség fizikája.

Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896) 1851-ben végzett és Michelson által 1886-ban megismételt kísérlete a mozgó közegben lévő fénysebesség meghatározására vonatkozott. A kísérlet egyszerűsített sémája az ábrán látható. 16 a könyvből.

Ábra. 16. fény a forrásból L, két gerendára osztva, egy csövön halad át, amelyen a víz sebességgel áramlik u. A pontban a sugarak útja eltérése miatt DE interferencia peremek jelennek meg, amelyek a sebesség irányának változtatása esetén eltolhatók u. Elméletileg a kapott sebességet a két sebesség hozzáadásának elemi képletével kell megtalálni: V = c" ± u, ahol c" = c/n- a fény sebessége törésmutatójú közegben n. A kísérlet azonban azt mutatta, hogy ez a képlet nem alkalmas a számításra V.

Emlékezzünk arra, hogy ha a fény sebességét vákuumban jelöljük c, majd törésmutatójú közegben n csökkenni fog: c" = c/n. Levegőben és vákuumban is egyenlő c" = c\u003d 300 000 km/s, mivel levegőnél a törésmutató n közel az egységhez; vízért n= 1,33 és c"= 225 000 km/s, gyémántnál pedig n= 2,42 és c"= 124 000 km/s. Kiderült, hogy minél sűrűbb a közeg, annál kisebb a fénysebesség (a gyémánt sűrűsége 3,5-szer nagyobb, mint a vízé). Az akusztikában általában fordított összefüggés figyelhető meg. Ha a hang levegőben 331 m/s sebességgel terjed, akkor vízben - 1482 m/s, acélban pedig 6000 m/s. Az akusztikus hullám sebességének a közeg sűrűségétől való függése azonban nem olyan egyértelmű, és attól függ, az anyag szerkezete(lásd a 3. táblázatot Bevezetés az akusztikába).

Fizeau megmutatta, hogy amikor a vízközeg mozogni kezd, a benne lévő fény sebességét a "relativisztikus" képlet határozza meg, amely két sebességet ad hozzá:

ahol u= 7 m/s, amelynél nem képződnek turbulens örvények. A cső egyik szakaszán a víz mozgásának sebessége u megfelel a sebességnek c"és akkor megjelenik a képletben, egy másik szakaszban nem egyezik, majd "-" kerül.

De szó sem volt az utolsó képlet „relativisztikus” értelmezéséről a 19. század közepén. Az értelmezés engedett a hozzávetőleges értékének, ami mögött a keletkező sebesség bonyolultabb függése rejtőzött. V a fénysugárzás hullámhosszán. A zárójelben lévő kifejezést ún bevonási együttható, amelyet Augustin Jean Fresnel (1788-1827) már 1818-ban levezetett és megmagyarázott Dominique François Jean Arago (1786-1853) kísérlete után.

Arago mozgó üvegprizmával kísérletezett, miközben az aberráció szögét mérte. Arra számított, hogy a számunkra ismert két sebességvektort a szokásos módon összeadják és kivonják: V = c" ± u. Ekkor a kísérlet logikájának megfelelően az aberráció szögének változnia kellett volna. Egy ívmásodperces pontossággal azonban a J. Bradley által talált α = 20,45" érték nem változott.

A kísérlet célja másként is megfogalmazható, és megoldható az inverz probléma: hogyan változik a Földön található, 30 km/s sebességgel mozgó prizma törésmutatója, ha egy állócsillag fénye áthalad a prizmán. . Ekkor a probléma e megfogalmazásából származó negatív következtetés így néz ki: a prizma törésmutatója nem változik.

Fresnel elfogadta, hogy a fényhullámok hordozzák hosszirányú karakter, mint az akusztikus hullámok ( átlós a fényhullámok természetét ő állapította meg 1821-ben). A hangsebesség egy adott anyagban, amint azt már tudjuk ( Bevezetés az akusztikába) az anyag sűrűségétől függ. Sűrűségtöbblet keletkezik a közeg különféle gerjesztései, például levegő és víz örvényei következtében. Ha akusztikus hullámok haladnak át egy mozgó sebességgel uörvény, akkor a hangsebességük az örvényen belül a "relativisztikus" képletnek megfelelően reagál a túlzott sűrűségre. Úgy tűnik, hogy a benne lévő összes levegő forgószélben forog, és a forgószélrel együtt szállítódik. Ha igen, akkor a kapott sebességet a "klasszikus" sebesség-összeadási képlet határozná meg, de ez nem történt meg. Fresnelnek magas formaelméleti szinten sikerült párhuzamot vonnia az optikai és akusztikai jelenségek között. Megmutatta, hogy csak az anyagi testekben lévő éter-sűrűség többlete van kitéve a világűrben lévő étersűrűséghez képest.

Fresnel hullámelmélete, amely optikai problémák egész sorát magyarázza, beleértve a diffrakciót és a polarizációt, nyugodtan uralkodott életében, majd halála után közel két évtizedig. francia iskola a látszerészek, elsősorban Arago, Fresnel, Foucault és Fizeau személyében, egyértelműen uralták a világot. A britek, a franciák örök riválisai irigykedve nézték ellenfeleik sikereit, nemcsak tudományos téren, hanem kulturális, politikai és katonai téren is.

Fresnel származtatott együttható részleges magával ragadó, az éter két jellemzőjével operálva, amelyek meghatározzák a fény sebességét. Ez az övé rugalmasság, amely változatlan maradt a mozgó médiánál, és annak változója sűrűség. Az angol George Gabriel Stokes (1891-1903) vetette fel először az ötletet az 1840-es évek közepén. teljes az éter magával ragadása olyan tárgyak mozgatásával, mint például bolygónk. Ugyanakkor az éter harmadik mechanikai jellemzőjére támaszkodott - viszkozitás. 1849-ben publikálta alapművét "A mozgó folyadékok belső súrlódásának elméletéről és a rugalmas szilárdtestek egyensúlyáról és mozgásáról", amelyben megszerezte a mozgás leírására szolgáló híres differenciálegyenletet. viszkózus folyadékok.

Stokes úgy gondolta, hogy az egész Föld az étert nemcsak a térfogatában, hanem a felszínén túl is hordozza. Nem ismert, hogy a bolygó által hordozott éterréteg milyen magasra nyúlik. Miller az éteri szél sebességét próbálva az interferométerrel együtt a lehető legmagasabbra emelkedni: talán a hegyekben vagy a léghajó magasságában fújt a szél. Az 1851-es Fizeau-kísérlet éppen azért volt jó, mert meggyőzően bizonyította Stokes elméletének következetlenségét és Fresnel elméletének érvényességét.

1868-ban a jól ismert angol, James Clerk Maxwell (1831-1879) maga is végzett Fizeau-hoz hasonló kísérletet. A kísérletezés eredményeként azonban kénytelen volt elismerni Fresnel elméletének győzelmét. Mivel Fizeau kísérlete egy elsőrendű β-hatásra vonatkozott, Maxwell felvetette, hogy a β²-ben jelentkező hatás a jövőben érezhető lesz, amikor a fizikusok megtanulják, hogyan kell ilyen kis mennyiségeket mérni.

Az angol George Biddel Airy (1801–1892) 1871-es kísérlete is megerősítette Fresnel álláspontját, amikor a csillagok aberrációját vízzel teli teleszkópon keresztül mérte. Végül az 1886-os kísérlet, amelyet Michelson és Morley végeztek a Fizeau 1851-es kísérleti elrendezéséhez közel álló séma szerint, ismét bebizonyította az éter részleges ellenállásának elméletének helyességét. Michelson így beszélt erről az 1927-es jubileumi konferencián:

„1880-ban gondolkodtam azon, hogy optikailag is megmérhetem a sebességet v a Föld mozgása a Naprendszerben. Az elsőrendű hatások kimutatására tett korai kísérletek egy álló éteren áthaladó rendszer ötletén alapultak. Az elsőrendű hatások arányosak v/c, ahol c a fénysebesség. A szeretett régi éter koncepciója alapján (melyet ma már elhagytak, bár én személy szerint továbbra is ragaszkodom hozzá) egy lehetőség várható volt, mégpedig az, hogy a levegővel vagy vízzel töltött teleszkópoknál a fény aberrációja más legyen. A kísérletek azonban a létező elmélettel ellentétben kimutatták, hogy ilyen különbség nem létezik.

Fresnel elmélete volt az első, amely megmagyarázta ezt az eredményt. Fresnel azt javasolta, hogy az anyag felfogja az étert, részben (az éter bevonása), ami gyorsítja v, így v" = kv. Meghatározta k- Fresnel együttható a törésmutatón keresztül n: k = (n² – 1)/ n². Ez az együttható könnyen kiszámítható a következő kísérlet negatív eredményéből.

Két fénysugarat haladnak át ugyanazon az úton (0,1,2,3,4,5) ellentétes irányban, és interferenciamintát hoznak létre. Én egy vízzel teli cső vagyok. Ha most az egész rendszer sebességgel mozog v Az éteren keresztül, amikor a csövet az I. pozícióból a II. pozícióba mozgatjuk, az interferencia-peremek eltolódására kell számítani. Elmozdulást nem észleltek. Ebből a kísérletből, figyelembe véve az éter részleges légellenállását, meghatározható a Fresnel-együttható k. Nagyon egyszerűen és közvetlenül is származtatható Lorentz-transzformációkból.

A Fresnel által kapott eredményt minden kutató egyetemesnek ismerte el. Maxwell rámutatott, hogy ha a várt elsőrendű hatást nem találjuk meg, akkor előfordulhatnak másodrendű hatások, amelyek arányosak v²/ c². Aztán at v= 30 km/s a Föld keringési mozgására v/c= 10 –4 van v²/ c² \u003d 10 -8. Ez az érték Maxwell szerint túl kicsi a méréshez.

Számomra azonban úgy tűnt, hogy fényhullámok felhasználásával egy ilyen másodrendű hatás mérésére megfelelő eszközt lehet kidolgozni. Kitaláltam egy olyan eszközt, amely sebességgel mozgó tükröket tartalmazott v az éteren keresztül. Ebben az eszközben két fénysugár terjed. Az első a vektorral párhuzamosan megy oda-vissza v, a második derékszögben halad át a sebességvektorral v. Vminek megfelelően klasszikus elmélet a fény útjában a sebesség okozta változások v, eltérőnek kell lennie a hosszanti és a keresztirányú gerenda esetében. Ennek érzékelhető eltolódást kell eredményeznie az interferencia peremeiben. …

Amikor a készülék nagy sebességgel mozog v az éteren keresztül ugyanolyan hatást kell elérni a fényben, mint az éterrel csónak mozgás, le-föl lebeg a folyón, valamint oda-vissza a patakon. A távolság megtételéhez szükséges idő előre és hátra mindkét esetben eltérő lesz. Ez könnyen belátható a következő megfontolásból. Bármilyen sebességű is legyen a folyó sodrása, a hajónak mindig vissza kell térnie arra a helyre, ahonnan indult, ha csak mozog a patakon át folyók. Ha a csónak mozog a patak mentén, akkor előfordulhat, hogy az árammal szemben úszva már nem éri el azt a helyet, ahonnan elindult.

Megpróbáltam kísérletet végezni a berlini Helmholtz laboratóriumban, de a városi autópályák rezgései nem tették lehetővé az interferenciaperemek helyzetének stabilizálását. A berendezést a potsdami laboratóriumba szállították. Elfelejtettem a rendező nevét (azt hiszem, Vogel volt), de örömmel emlékszem, hogy azonnal érdeklődést mutatott a kísérletem iránt. És bár még soha nem látott, az egész laboratóriumot a személyzettel együtt a rendelkezésemre bocsátotta. Potsdamban nulla eredményt értem el. A pontosság nem volt túl jó, mert az optikai út hossza körülbelül 1 m. Érdekes azonban megjegyezni, hogy az eredmény elég jó volt.

Amikor visszatértem Amerikába, volt szerencsém együttműködni Morley professzorral Clevelandben. A készülékben ugyanazt az elvet alkalmazták, mint a Berlinben használt készülékben. Igaz, a fényút hosszát úgy növelték meg, hogy a sugár egyetlen áthaladása helyett számos visszaverődést vezettek be. Valójában az út hossza 10-11 m volt, aminek a Föld éteren keresztüli keringési mozgása miatt a sáv felében kellett volna elmozdulni. A várt váltást azonban nem sikerült megtalálni. A peremeltolás kisebb, mint 1/20 vagy akár 1/40 az elmélet által megjósolt értéknek. Ez az eredmény úgy értelmezhető, hogy a Föld szinte teljesen befogja az étert, így az éter és a Föld relatív sebessége a felszínén nulla vagy nagyon kicsi.

Ez a feltételezés azonban erősen kétséges, mert ellentmond egy másik fontos elméleti feltételnek. Lorentz egy másik magyarázattal szolgált ( Lorentz-összehúzódás), amelyet az ismert eredményeként végleges formában levezetett Lorentz transzformációk. Ők a lényege az egésznek relativitás-elmélet» .

Ebben a töredékben Michelson a formáció főbb mérföldköveit tükrözte speciális relativitáselmélet. Amint látjuk, az éteri szél detektálására vonatkozó kísérlet helytelensége két téves feltevésből következik. Először is, a kísérlet szerzője tévesen úgy vélte, hogy a világkörnyezet anyaga és az anyag, amelyből a Föld "készül", különbözik. Éppen ezért éteri szelet kell megfigyelni a bolygó felszínén, amikor a Nap körül kering. A második hiba a csónakok folyón való mozgása és az interferométerben lévő sugarak útja közötti hamis analógiából fakadt, amelyet az előző alfejezet végén tárgyaltunk.

Augustin Jean Fresnel (1788-1827) elmélete, amelyet Arago 1810-es kísérletének sikeres értelmezése után alkotott meg a mozgó lencsék fénysebességének mérésére, a koncepció segítségével az éter részleges elszívása megmagyarázta az interferenciamintázat megváltoztathatatlanságát Fizeau kísérletében is. Ugyanígy a Michelson-Morley-kísérletben az interferenciamintázat változatlanságának konkrét okát kellett találni. Lorentz, aki szorosan együttműködött Michelsonnal, a fizikai testek lineáris dimenzióinak a vektor irányába történő csökkentését javasolta. v, ami, ahogy neki látszott, az általa talált átalakulásokból következett. Ezeknek a redundáns transzformációknak azonban volt fizikai jelentése is, különösen a relativitáselmélet Einstein-féle változatának értelmezésében.

A negatív eredmény valódi oka máshol rejlik, jelentése pedig a következő. Ha a hullámforrás ugyanazon a mozgó platformon van, mint a vevő, akkor ennek köszönhetően kártérítés az oszcilláció hullámhossza, frekvenciája és periódusa ugyanaz marad, mint egy álló platformnál. Ezt a platformot tetszőleges szögben elforgathatja az eltolási vektorhoz képest - ugyanakkor az interferencia minta változatlan marad, mivel a kompenzációs mechanizmus ebben az esetben is működik. Erről az érvről már szó esett, de annyira fontos, hogy fölösleges emlékeztetője ne ártson, főleg a relativistáknak.

Az interferométer általános nézete perspektivikusan. Kép A. Michelson 1881-ben végzett kísérleteinek eredményei alapján készült jelentéséből A Föld mozgása a Nap körül és az éteren keresztül. A kísérleti elrendezés vázlata Kísérleti beállítási illusztráció

Michelson kísérletei- fizikai kísérletek csoportja, amely a fény terjedési sebességének az iránytól való függését vizsgálja. Jelenleg (2011) a kísérletek pontossága lehetővé teszi a fénysebesség izotrópiájának relatív eltéréseinek meghatározását 10−16 egységekben, de ezen a szinten eltérést nem találtak. Michelson kísérletei az általános relativitáselméletben (GR) és a speciális relativitáselméletben (SRT) szereplő fénysebesség invariancia elvének empirikus alapjai.

Elmélet

Számítsa ki a t 1 teljes időt (\displaystyle t_(1)) a két útvonal időinek összegével:

T 1 = L 1 c + v + L 1 c − v = (\megjelenítési stílus t_(1)=(\frac (L_(1))(c+v))+(\frac (L_(1))(c-v ))=) 2 c L 1 c 2 − v 2 = 2 L 1 c 1 1 − v 2 c 2 ≈ 2 L 1 c (1 + v 2 c 2) (\displaystyle (\frac (2cL_(1))) (c^(2)-v^(2)))=(\frac (2L_(1))(c))(\frac (1)(1-(\frac (v^(2))(c^) (2)))))\approx (\frac (2L_(1))(c))\left(1+(\frac (v^(2))(c^(2)))\jobbra))

A közelítés annak a ténynek köszönhető, hogy (v 2 / c 2) 1 (\displaystyle (v^(2)/c^(2))), amikor a v sebességet veszi (\displaystyle v), ami megegyezik a föld.

Étersebesség c = ∥ v + v 1 ∥ (\displaystyle c=\|\mathbf (v) +\mathbf (v_(1)) \|) , és v 1 = ∥ v 1 ∥ (\displaystyle v_(1) =\|\mathbf (v_(1)) \|) - hullámsebesség a tükör irányában.

C = ∥ v + v 1 ∥ = v 2 + v 1 2 (\displaystyle c=\|\mathbf (v) +\mathbf (v_(1)) \|=(\sqrt (v^(2)+v_ (1)^(2)))) ; ebből következik, hogy: v 1 = c 2 − v 2 = c 1 − v 2 c 2 (\displaystyle v_(1)=(\sqrt (c^(2)-v^(2)))=(( c) (\sqrt (1-(\frac (v^(2)))(c^(2))))))

A szimmetriát figyelembe véve most kiszámíthatjuk:

T 2 = 2 L 2 c 1 1 − v 2 c 2 ≈ 2 L 2 c (1 + v 2 2 c 2) (\displaystyle t_(2)=(\frac (2L_(2))(c))( \frac (1)(\sqrt (1-(\frac (v^(2))(c^(2))))))\approx (\frac (2L_(2))(c))\left( 1+(\frac (v^(2))(2c^(2)))\jobbra))

A fáziskülönbség arányos:

δ = c (t 2 − t 1) = 2 (L 2 1 − v 2 c 2 − L 1 1 − v 2 c 2) (\megjelenítési stílus \delta =c(t_(2)-t_(1))= 2\left(((\frac (L_(2)))(\sqrt (1-(\frac (v^(2)))(c^(2))))))-(\frac (L_(1) )(1-(\frac (v^(2))(c^(2))))))\jobbra))

S = | δ + δ′ | (\displaystyle S=|\delta +\delta ^(")|) , ahol δ ′ (\displaystyle \delta ^(")) arányos a fáziskülönbséggel, ha π 2-vel elforgatják (\displaystyle (\frac (\) pi )( 2))) :

S = | 2 L 1 (1 1 − v 2 c 2 − 1 1 − v 2 c 2) + (\displaystyle S=|2L_(1)\left(((\frac (1)(\sqrt (1-(\frac) (v^(2))(c^(2))))))-(\frac (1)(1-(\frac (v^(2))(c^(2)))))) jobb)+) 2 L 2 (1 1 − v 2 c 2 − 1 1 − v 2 c 2) | ≈ (L 1 + L 2) v 2 c 2 (\displaystyle 2L_(2)\left(((\frac (1)(\sqrt (1-(\frac (v^(2)))(c^(2)) ))))))-(\frac (1)(1-(\frac (v^(2))(c^(2))))))\jobbra)|\körülbelül (L_(1)+L_ (2))(\frac (v^(2))(c^(2))))

Kimutatták, hogy az éter elmélete olyan különbséget foglal magában, amely számszerűsíthető és megfelelő eszközökkel (Michelson-Morley interferométer) kimutatható.

Sztori

háttér

Fő cikk: Éter (fizika)

A fényterjedés elmélete egy speciális közeg - a világító éter - rezgéseiként a XVII. században jelent meg. 1727-ben James Bradley angol csillagász a segítségével magyarázta el a fény aberrációját. Feltételezték, hogy az éter mozdulatlan, de Fizeau kísérletei után felmerült az a feltételezés, hogy az éter részben vagy teljesen magával ragadt az anyag mozgása során.

1864-ben James Maxwell kísérletet állított fel a Föld éterhez viszonyított sebességének meghatározására, de később hibát talált a számításaiban, és nem tette közzé az eredményeket. Nem sokkal halála előtt, 1879-ben levelet írt egy barátjának ebben a témában, amely posztumusz megjelent a Nature folyóiratban. 1871-1872-ben Airy egy sor precíz kísérletet végzett egy csillagászati ​​fényforrással, amelyekből arra a következtetésre jutott, hogy a Föld keringési mozgása teljesen magával ragadja az étert.

Michelson kísérletei

Maxwell levelének már említett publikálása felkeltette Albert Michelson amerikai fizikust. 1880 körül feltalált egy rendkívüli pontosságú optikai műszert, amelyet interferométernek nevezett el. Az első kísérlet (1881) célja a fénysebességnek a Föld éterhez viszonyított mozgásától való függésének mérése volt. Az első kísérlet eredménye negatív volt - a sávok elmozdulásai eltérnek az elméletitől, és ezeknek az elmozdulásoknak az ingadozása csak valamivel kisebb, mint az elméleti. A kísérlet eredményeiről szóló cikk kritikát kapott Hendrik Lorentz vezető elméleti fizikustól, aki rámutatott, hogy a kísérlet elméleti pontosságát túlbecsülték.

Később, 1887-ben Michelson Morleyval együtt hasonló, de sokkal pontosabb kísérletet hajtott végre, ún. Michelson-Morley kísérletés megmutatja, hogy a megfigyelt elmozdulás minden bizonnyal kisebb, mint az elméleti érték 1/20-a, és valószínűleg kevesebb, mint 1/40. Az elmozdulatlan éter elméletében az elmozdulásnak arányosnak kell lennie a sebesség négyzetével, így az eredmények egyenértékűek azzal, hogy a Föld relatív sebessége az éterben kisebb, mint keringési sebességének 1/6-a, és minden bizonnyal kisebb. mint 1/4.

Ezen eredmények hatására George Fitzgerald és Lorentz hipotézist terjesztett elő az anyagi testek összehúzódásáról a mozgás irányában egy mozdulatlan és vontatott éterben (1889).

Miller kísérletei

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

Feltételezhető, hogy a kísérlet csak azt mutatta ki, hogy egy adott pincehelyiségben az étert hosszirányban magával hordják. Ezért a készüléket egy dombra fogjuk mozgatni, hogy megnézzük, ott van-e a hatás. forrás meghatározatlan 1066 nap]

K. Miller és Morley professzor az első kísérletben használtnál érzékenyebb interferométert tervezett, amelynek optikai úthossza 65,3 m, ami körülbelül 130 millió hullámhossznak felel meg. K. Miller 1,1 sávos eltolódásra számított.

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

1921 márciusában a módszertant és a berendezést némileg megváltoztatták, és 10 km/s-os "éterszelet" kaptak. Az eredményeket gondosan ellenőrizték lehetséges megszüntetése a magnetostrikcióval és a hősugárzással kapcsolatos hibák. A berendezés forgásiránya nem befolyásolta a kísérlet eredményét.

A D. Miller által elért eredmények későbbi tanulmányozása kimutatta, hogy az általa megfigyelt és "éteri szél" jelenléteként értelmezett ingadozások statisztikai hibák és a hőmérsékleti hatások figyelmen kívül hagyásának az eredménye.

Kennedy kísérletei

Dr. Roy Kennedy (California Institute of Technology) a Morley-Miller kísérlet eredményeinek közzététele után igazolás céljából módosítja a kísérletet. Az interferométert 1 atm nyomáson héliummal töltött lezárt fémtokba helyezzük. Az interferenciamintában nagyon kis eltolódásokat megkülönböztetni képes eszközzel lehetővé vált a karok méretének 4 m-re való csökkentése Polarizált fényt alkalmaztak, hogy a lehető legnagyobb mértékben kiküszöböljék a fényszóródást a tükrökön. A kísérlet pontossága megfelelt a sávok szélességük 2·10−3-ával való eltolódásának. Ezen a készüléken Miller 10 km/s sebessége 8 x 10-3 zöld hullámhossznak megfelelő eltolódást adna, ami a legkisebb érzékelhető érték négyszerese. A kísérletet a Norman Bridge laboratóriumban, állandó hőmérsékletű helyiségben, különböző napszakokban végezték. Az éteri szél sebességének a terep magasságától való függésének tesztelésére a Mount Wilsonnál, az obszervatórium épületében is végeztek kísérleteket. A hatás nem haladja meg az 1 km/s-ot az éteri szél esetében.

Most Miller kísérletével kapcsolatban szeretnék néhány megjegyzést tenni. Úgy gondolom, hogy a hatáshoz komoly probléma kapcsolódik, amely a berendezés teljes forradalmára periodikus, és Miller figyelmen kívül hagyta a félperiódus hatás jelentőségét, vagyis a félfordulat alatti ismétlődést. a készüléket, és az éteri szél kérdését illetően. Sok esetben a teljes ciklus hatás sokkal nagyobb, mint a fél ciklus hatása. Miller szerint a teljes periódushatás a sávok szélességétől függ, és a határozatlan széles sávok esetén nulla lesz.

Bár Miller azt állítja, hogy ezt a hatást nagymértékben ki tudta küszöbölni a clevelandi mérései során, és ez kísérletben könnyen megmagyarázható, szeretném ennek okait világosabban megérteni. Ha most relativitáspártiként beszélek, azt kell mondanom, hogy ilyen hatás egyáltalán nem létezik. Valójában a berendezés egészének forgása, beleértve a fényforrást is, nem ad semmilyen elmozdulást a relativitáselmélet szempontjából. Ha a Föld és a vízi jármű nyugalomban van, nincs hatás. Einstein szerint ugyanez a hatás hiánya figyelhető meg a 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 Gal kísérletei

A Michelson-Gal kísérlet vázlata

1925-ben Michelsont és Gaelt a földre fektették az illinoisi Clearingen. vízipipa téglalap formájában. Csőátmérő 30 cm Az AF és DE csövek pontosan nyugatról keletre voltak irányítva, az EF, DA és CB - északról délre. A DE és AF hossza 613 m volt; EF, DA és CB - 339,5 m Egy közös szivattyú, amely három órán keresztül működik, 1 Hgcm nyomásig képes kiszivattyúzni a levegőt. Az elmozdulás észlelésére Michelson a távcső területén összehasonlítja a nagy és kis kontúrok körbefutásával kapott interferenciaperemeket. Az egyik fénysugár az óramutató járásával megegyező irányba, a másik ellentétes irányba haladt. A Föld forgása okozta sáveltolódást különböző napokon különböző emberek rögzítették a tükrök teljes átrendeződésével. Összesen 269 mérést végeztek. Elméletileg, feltételezve, hogy az éter mozdulatlan, a sáv 0,236±0,002-es eltolódására számíthatunk. A megfigyelési adatok feldolgozása 0,230±0,005 torzítást adott, ezzel megerősítve a Sagnac-effektus fennállását és nagyságát.

S. I. Vavilov "A relativitáselmélet kísérleti alapjai" című cikkében ezt a hatást a következőképpen magyarázza:

Sagnac és Michelson-Gael relativitáselméletbeli forgási kísérleteit (speciális és általános) szinte ugyanúgy magyarázzák, mint a forgómozgás kimutatásának lehetőségét a mechanikában a centrifugális erők megnyilvánulásaiból. Ez a relativitáselmélet természetes következménye, amely semmi újat nem ad hozzá.

Modern lehetőségek

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

Még pontosabb mérések 1974-ben 0,025 m/s-ra hozták az érzékenységet. A Michelson-kísérlet modern változatai optikai és kriogén [ tisztázza] mikrohullámú rezonátorok és lehetővé teszik a fénysebesség eltérésének kimutatását, ha az több egység per 10−16.

/ Új mappa_2 / Fénysebesség meghatározása (2)

A FÉNYSEBESSÉG MEGHATÁROZÁSÁNAK TÖRTÉNETE

A fény sebessége a szabad térben (vákuum) bármely elektromágneses hullám terjedési sebessége, beleértve a fényhullámokat is. Bármilyen fizikai hatás terjedési sebességét jelenti, és invariáns az egyik vonatkoztatási rendszerről a másikra való átmenetben.

A fény sebessége a közegben az n közeg törésmutatójától függ, amely különböző sugárzási frekvenciák esetén eltérő: с’() = c/n(). Ez a függőség a fény csoportsebessége és fázissebessége közötti különbséghez vezet egy közegben, ha nem monokromatikus fényről beszélünk (a vákuumban mért fénysebességre ezek a mennyiségek megegyeznek. Kísérletileg c ' meghatározásakor mindig mérjük a fény csoportsebessége.

A fény sebességét először 1676-ban O. K. Römer határozta meg a Jupiter műholdak fogyatkozásai közötti időintervallumok megváltoztatásával. 1728-ban J. Bradley állapította meg a csillagfény aberrációjával kapcsolatos megfigyelései alapján. A. I. L. Fizeau 1849-ben elsőként mérte meg a fény sebességét, ameddig a fény egy pontosan ismert távolságot (bázist) tett meg, mivel a levegő törésmutatója nagyon kevéssé különbözik az 1-től, a földi mérések adnak értéket. nagyon közel a sebességhez.

Fizeau kísérletében az S fényforrásból származó, félig átlátszó tükörről 3 visszavert fénysugarat időszakonként megszakította egy forgó fogazott tárcsa 2, áthaladt a bázison 4-1 (kb. 8 km) és az 1. tükörről visszaverődött. a lemezre. A karóra feljutva a fény nem érte el a szemlélőt, hanem eltalálta a

a fogak közötti rés a 4. okuláron keresztül figyelhető meg. Az ismert korongforgási sebességekből meghatároztuk azt az időt, amíg a fény áthalad az alapon. Fizeau c = 313300 km/s értéket kapott.

1862-ben J. B. L. Foucault megvalósította D. Argo 1838-ban megfogalmazott ötletét, egy gyorsan forgó tükröt (512 fordulat/másodperc) használt fogazott tárcsa helyett. A tükörről visszaverődő fénysugár az alapra irányult, majd visszatérve ismét ugyanarra a tükörre esett, amelynek volt ideje kis szögben elfordulni. Foucault mindössze 20 m-es bázissal megállapította, hogy a fény sebessége 298 000 500 km/s. A Fizeau és Foucault módszerek sémáit és alapötleteit többször is felhasználták a fénysebesség meghatározására vonatkozó későbbi munkákban.

Fénysebesség meghatározása forgótükör módszerrel (Foucault módszer): S – fényforrás; R egy gyorsan forgó tükör; C egy fix homorú tükör, amelynek középpontja egybeesik az R forgástengellyel (ezért a C által visszavert fény mindig R-re ütközik); M egy félig átlátszó tükör; L - lencse; E - okulár; RC - pontosan mért távolság (bázis). A szaggatott vonal mutatja az R pozíciót, amely megváltozott, amíg a fény az RC útvonalon és visszafelé halad, és a sugárnyaláb visszatérési útját az L lencsén keresztül, amely összegyűjti a visszavert sugarat az S' pontban, és nem az S pontban, mint egy R rögzített tükörrel. A fénysebességet az SS' elmozdulás mérésével állítjuk be.

Az A. Michelson által 1926-ban kapott c = 299796 4 km/s érték volt akkor a legpontosabb, és bekerült a nemzetközi fizikai mennyiségek táblázataiba.

A 19. századi fénysebesség mérése nagy szerepet játszott a fizikában, tovább erősítve a fény hullámelméletét. Foucault 1850-ben az azonos frekvenciájú fénysebesség levegőben és vízben történő összehasonlítása azt mutatta, hogy a víz sebessége u = c/n(), a hullámelmélet előrejelzésének megfelelően. Megállapították az optika kapcsolatát az elektromágnesesség elméletével is: a mért fénysebesség egybeesett az elektromágneses hullámok sebességével, amelyet az elektromágneses és elektrosztatikus elektromos töltési egységek arányából számoltak.

A fénysebesség modern mérésénél modernizált Fizeau módszert alkalmaznak a fogaskerék interferenciával vagy más fénymodulátorral való cseréjével, amely teljesen megszakítja vagy csillapítja a fénysugarat. A sugárzás vevő egy fotocella vagy egy fotoelektromos sokszorozó. Lézer fényforrásként, stabilizált frekvenciájú ultrahang modulátor és az alaphossz mérési pontosságának növelése csökkenti a mérési hibákat és c = 299792,5 0,15 km/s értéket kap. Az ismert bázis áthaladásának időpontjától a fénysebesség közvetlen mérése mellett széles körben alkalmaznak közvetett módszereket, amelyek nagyobb pontosságot adnak.

A c mennyiség legpontosabb mérése nemcsak általános elméleti szempontból és más fizikai mennyiségek értékeinek meghatározásához rendkívül fontos, hanem gyakorlati szempontból is. Nekik különösen. Ez magában foglalja a távolságok meghatározását a rádió- vagy fényjelek áthaladásának idejében a radarban, az optikai helyen, a fénytávolságban stb.

Michelson és a fénysebesség

Nem túl gyakran fordul elő, hogy egy hetvenes éveiben járó férfinak vissza kell térnie a fiatalkorában végzett munkához, hogy megpróbálja finomítani az amúgy is nagyon pontos és megbízható kutatások eredményeit, mert mindenki azt hiszi, hogy ezt nála jobban senki más nem tudja megcsinálni. Egy ilyen irigylésre méltó lehetőség kínálkozott Michelsonnak.

1923-ban George Ellery Hal, a Mount Wilson Obszervatórium igazgatója meghívta Michelsont, hogy jöjjön el Pasadenába, és határozza meg a fénysebességet. Michelson lelkesedéssel fogadta ajánlatát. Régóta várt az alkalomra, hogy tisztázza híres 1882-es mérésének eredményeit. Gyorsan összecsomagolt, és elindult Kaliforniába, ahol a Mount Wilson lábánál felállította főhadiszállását.

A kísérlet előkészítése nagy gonddal történt. Két telepítés helyszínét választották ki. Az egyik a számára már ismerős Wilson-hegy tetején, a másik pedig az "Old Baldness" becenéven ismert San Antonio-hegy tetején 5800 m tengerszint feletti magasságban és távolabb található. 35 km-re a Mount Wilsontól. Az Egyesült Államok tengerparti és geodéziai felmérésének feladata volt, hogy pontosan mérje meg a távolságot két tükröző sík között – egy forgó prizmás tükör a Mount Wilsonnál és egy rögzített tükör San Antonio-ban. A távolság mérésének lehetséges hibája egy hétmilliomodik, vagyis a centiméter töredéke volt 35 km-enként. A kísérlethez a brooklyni Sperry Gyroscope Company készített egy forgó prizmát nikkelezett acélból, nyolc tükörfelülettel, egymillió rész pontossággal polírozva, amelynek elnöke, Elmer A. Sperry mérnök-feltaláló Michelson barátja. Ezen kívül még számos üveg- és acélprizma készült. A nyolcszögletű, nagy sebességű rotor másodpercenként 528 fordulatot tett meg. Légsugárral hozták mozgásba, sebességét a korábbi kísérletekhez hasonlóan elektromos hangvillával szabályozták. (A hangvillát nem csak a hangmagasság meghatározására használják a zenészek. Nagyon pontosan meg lehet vele határozni rövid, egyenlő időtartamokat. Készíthetünk megfelelő frekvenciájú hangszert, amely elektromos áram hatására rezeg, mint egy elektromos csengő.)

Sperry egy továbbfejlesztett nagyívű keresőlámpát is javasolt barátjának, amelyet röviddel korábban épített katonai célokra. Preston R. Bassett, a reflektort vezető mérnök, majd később a cég elnöke is kifejlesztett egy speciális ívlámpa-mechanizmust ehhez a kísérlethez, és 1924 nyarán maga vitte Kaliforniába. Fred Pearson Chicagóból érkezett, hogy részt vegyen a kísérletben.

A fénysebesség új mérése

Michelson, mint egy kapitány a hajó hídján, lelkesen vezette a hadművelet előkészületeit, minden részletbe belemélyedve. Minden lehetséges óvintézkedést megtettünk a hibák kiküszöbölésére vagy minimalizálására. A tudós világ érdeklődve figyelte az előkészületeket. Végül minden készen állt, és az ívlámpa fényét egy San Antonio-i tükörre irányították, és a Mount Wilson forgó prizmáján verődött vissza (12. ábra). A méréseket minden tiszta éjszaka este tíz órától éjfélig végezték, és minden megfigyelési sorozat több hétig tartott. Michelson pasadenai központjában naponta érkeztek mérések.

Rizs. 12. Michelson fejlesztései az installációján, az elv változatlan maradt (a fő változás a fénysugár útjának növelése volt).

1924-től 1927 elejéig öt független megfigyelési sorozat készült. Az átlageredmény 299 798 km/s volt.

Michelson azonban még mindig nem volt teljesen elégedett. Remélte, hogy a fénysugár útjának hosszának növelésével és a kísérlet másik helyszínre való áthelyezésével még pontosabb definíciót kaphat. A San Antonio-hegyen végzett kísérletről szóló jelentésében ezt írta: "A 22 mérföldes távolságban végzett mérések sikere, amelyek többségét nem a legkedvezőbb körülmények között végezték (erdőtüzek köd és füstje), jelzi a megvalósíthatóságot. hogy egy kísérletet sokkal nagyobb távolságból végezzünk."

Ehhez az élményhez a Mount San Jacinto-t választotta, amely 130 km-re található a Mount Wilsontól. Még egy előzetes tesztet is csinált. De a visszaúton az ívlámpa fényét a füst és a köd annyira gyengítette, hogy az ötletet el kellett vetni.

Michelson visszatért Chicagóba, és 1928 novemberében Washingtonba utazott egy évfordulós tudományos konferenciára a National Bureau of Standards-ban. Az Amerikai Optikai Társaság hívta össze Michelson első, a fénysebességről szóló művének (1878) megjelenésének ötvenedik évfordulója tiszteletére, valamint az optika területén végzett jelentős hozzájárulása elismeréseként. Ezt a konferenciát nem hivatalosan "Michelson-konferenciának" hívták, és természetesen maga Michelson is megtisztelő vendége volt.

Utolsó próbálkozás

NÁL NÉL következő év Michelson, aki akkor hetvenhét éves volt, súlyos agyvérzést szenvedett. Nyugdíjba vonult az egyetemről, sokat festett és sétált, próbálta helyreállítani megromlott egészségét. Ez nem volt könnyű. Azonban nem szűnt meg arról álmodozni, hogy visszatér a fénysebesség tanulmányozásához; remélte, hogy miután erőre kapott, újabb elhatározást hoz. Visszatért oda, ahol több mint ötven éve indult. Dédelgette azt az ötletet, hogy megszabaduljon a zavarástól a köd, a füst és még a legátlátszóbb légkör formájában is. A kísérletet úgy akarta felállítani, hogy a sugár az üregen, lehetőleg csaknem abszolút vákuumon haladjon át.

És akkor Michelson ismét meghívást kapott Pasadenába. „Hal azt mondta, hogy a Mount Wilson és a Caltech a rendelkezésemre áll” – mondta. „Túl nagy volt a kísértés. Mentem." Minden szükséges eszközt és felszerelést megkapott. A Rockefeller Alapítvány 30 000 dollárt, a Carnegie Corporation 27 500 dollárt, a Chicagói Egyetem pedig 10 000 dollárt biztosított a kísérlethez.

Az epikus élmény helyszíne a dél-kaliforniai Santa Ana közelében található Irvine Ranch volt. Az Egyesült Államok tengerparti és geodéziai felmérése ismét a távolság mérését kapta. Hullámos acéllemezekből óriási csöveket hengereltek. 18 méteres, körülbelül egy méter átmérőjű, egymáshoz szegecselt szakaszokból álltak. Az eredmény egy több mint 1,5 km hosszú cső lett. 50 ezer dollárba került. Négy nyíláson keresztül lehetett bejutni - kettő a cső végén és kettő a cső fő szakaszán. A Sperry Gyroscope Company ismét forgatható acéltükröket gyártott - 8, 16 és 32 oldallal. Ezen kívül első osztályú optikai üvegből készült egy 32 oldalú tükör.

A csövet forrasztották és speciális szivattyúkkal szivattyúzták ki belőle a levegőt több napon át egymás után, amíg a nyomás a csőben 0,5 Hgmm-re nem csökkent. Művészet. (a normál nyomás 760 Hgmm). Fényforrásként egy ívlámpa szolgált. A többszörösen visszaverődő fénynek körülbelül 16 km-es utat kellett megtennie. A történelem során először végezték el a fénysebesség mérését szinte abszolút vákuumban.

Eközben Michelson egészsége sok kívánnivalót hagyott maga után. Soha nem tudott annyira felépülni, hogy saját kezűleg végezzen méréseket. Francis G. Pease és Fred Pearson kezelte őket; össze is hozták az eredményeket. 1930-ban és 1931 elején több száz megfigyelést végeztek. Michelson az ágyban fekve felügyelte a munkát. Egyedül soha nem tudott volna megbirkózni az időnként felmerülő, azonnali megoldást igénylő problémákkal. Minden alkalommal, amikor valami elromlott a berendezésben, levegőt kellett engedni a csőbe, hogy be tudjon jutni és elhárítsa a sérülést. Aztán negyvennyolc órát kellett várni, hogy a szivattyúk ismét levegőt pumpáljanak. A hőhullámok torzították a fényképet, így a munka nagy részét éjszaka kellett elvégezni, amikor lehűlt.

1931 elején, amikor a munka még messze volt a befejezéstől, és Michelson úgy tűnt, hogy felépül a betegség következményeiből, tudományos konferenciát tartottak Pasadenában, amelyen Einstein és számos kiemelkedő tudós vett részt különböző országokból. Január 15-én bankettet tartottak Dr. Einstein és felesége tiszteletére. Természetesen Michelsont is meghívták. Akkor jól érezte magát, és nagyon örült, hogy jelen lehet ezen az ünnepélyes találkozón, amelyre az újonnan épült, csodálatos Athenium épületében került sor.

Einstein rövid beszédet tartott. Mellette ültek a legnagyobb tudósok - Michelson, Milliken, Hal és mások. „Örülök, hogy azok társaságában lehetek – kezdte Einstein –, akik évek óta hűséges társaim voltak munkámban. Majd Michelsonhoz fordulva így folytatta: „Ön, kedves Michelson doktor, még fiú koromban elkezdte kutatásait. Csodálatos kísérleteiddel új utakat nyitottál a fizikusok előtt, és kikövezted az utat a relativitáselmélet előtt. Felfedted a fény éteri elméletének tévedését, és ösztönözted Lorentz és Fitzgerald gondolatait, amelyekből a speciális relativitáselmélet fejlődött ki. Az ön munkája nélkül ez az elmélet még mindig csak érdekes sejtés lenne; a kísérleteid során megkapta az első igazi megerősítést.”

Michelson mélyen meghatódott. Ez volt a legnagyobb dicséret. Felállt, hogy megköszönje érdemeinek ilyen nagylelkű értékelését. Michelson ritkán tartott beszédet, és ha igen, mindig röviden és lényegre törően beszélt. És ezúttal nem változtatta meg magát. Köszönetet mondott Einsteinnek saját nevében és néhai munkatársa, Edward Morley nevében, aki nyolc éve halt meg. Michelson soha nem felejtette el tisztelegni alkalmazottai és asszisztensei előtt.

Michelsonnak ez volt az utolsó nyilvános szereplése. Megpróbált visszatérni dolgozni, de március 1-jén nem tudott felkelni az ágyból. Fokozatosan bénult meg, és gyorsan gyengülni kezdett. Eközben egyre több új adat érkezett Santa Anából. Michelson az utolsó erejét összeszedve lassan, de egyértelműen bediktálta Piznek a cikk bevezetőjét, amely a kísérletek végeredményét hivatott összefoglalni. Ezt a tanulmányt közzé kellett volna küldeni az Astrophysical Journal-nak.

Michelson állapota tovább romlott, de nem volt hajlandó beismerni, hogy súlyos beteg. „Egyre jobb az egészségem” – írta optimistán negyvennyolc órával, mielőtt eszméletlenségbe esett. A közelében volt a felesége, az egyik lánya és két nővér. Pease és Pearson csatlakozott hozzájuk. 1931. május 9-én tizenkét ötvenöt perckor Michelson csendben meghalt anélkül, hogy magához tért volna.

A helyi unionista-liberális gyülekezet lelkésze nagyon szerény és rövid istentiszteletet szolgált házában. Michelson özvegyének kérésére halálhíre csak a temetés után jelent meg nyomtatásban. A temetésen részt vett Michelson felesége, Edna, három lányuk - Madeleine, Dorothy és Beatrice -, valamint számos rokon és legközelebbi barát. Millikan, Hal és Hubble a halottaskocsihoz vitték a koporsót. A holttestet Michelson kívánsága szerint elhamvasztották, a hamvait pedig a szélbe szórták.

A tudósok szerte a világon ünnepelték a tudományért végzett szolgálatait. Einstein Angliában értesült Michelson haláláról, ahol Oxfordban volt előadó. "Dr. Michelson a tudományos kísérletek világának egyik legnagyobb művésze volt" - mondta.

Michelson három legközelebbi munkatársa a Chicagói Egyetemen, Forest R. Moulton, Henry J. Gale és Harvey B. Lemon, akik negyedszázada ismerte őt, ezt írta egy nekrológjában:

„Élete az elszántság csodálatos példája volt, nem volt kitéve a sors viszontagságainak. Úgy tűnt, hogy még a szeretet, a gyűlölet, a féltékenység, az irigység, a hiúság erői sem érintették meg. A tudományos kutatástól elmerülve általában meglehetősen közömbös volt az emberekkel általában, de ennek ellenére voltak odaadó barátai, akiknek barátságát gondosan megőrizte... Életének fő tartalma és célja a tudományos törekvések, a munkából származó esztétikai élvezet volt. Siess, a felhajtás idegen volt tőle. Nem hozta lázba a gondolat, hogy döntő pillanat jött el a tudomány vagy az egész emberiség számára. Nem remegett, egy nagy felfedezés küszöbén állva...

Lágy volt, nyugodt, és mentes minden érzelemtől, mint a tenger egy napsütéses napon – derűs, határtalan, mérhetetlen... Egy ilyen karaktert lehet érezni, de nem elemezni. Michelson senki előtt nem tárta fel a lelkét, de mindenki megértette, hogy a mélyben sok minden el van rejtve, ami a szem számára hozzáférhetetlen. Nagyon kevesen ismerték őt közelről."

Michelson halála után még csaknem két évig folytatódott a fénysebesség mérése egy több mint 1,5 km hosszú vákuumcsőben. 1933-ban, a Long Beach-i földrengés során a létesítmény megsemmisült, de ekkorra már minden megfigyelés befejeződött. Összesen 2885 meghatározást végeztek. A fény átlagos sebessége vákuumban 299 774 km/másodpercnek bizonyult. Ez az adat 24 km-rel volt kevesebb, mint a két hegy tetején végzett kísérletek során kapott adat. A Nemzetközi Geofizikai és Geodéziai Unió és a Nemzetközi Rádiótudományi Unió a fénysebesség értéke 299 792,5 km/s*. Ez az adat Michelson elhatározásának kísérleti hibáján belül van.

A Michelson legfrissebb tapasztalatait bemutató cikk címe egybecsengett első, több mint fél évszázaddal korábban megjelent művének címével, amikor még Michelson hadnagy volt. Úgy hívták: "A fénysebesség mérésének módszeréről". Az utolsó, "Fénysebesség mérése részleges vákuumban" című munkája Michelson tudományhoz való nagy hozzájárulásának befejezése volt.

A keresés folytatása

NÁL NÉL tudományos kutatás nincs utolsó szó vagy végső döntés. Ha Michelson manapság ellátogatna a világ legnagyobb tudományos laboratóriumaiba, rájönne, hogy a kutatók még mindig ugyanazokkal a problémákkal küszködnek, amelyeket ő és korának más tudósai próbáltak megoldani. A szilárdan megalapozottnak tűnő tudományos elképzeléseket folyamatosan felforgatják, lecserélik, bővítik vagy kiegészítik. Ez történt az Einstein által módosított Newton-törvényekkel. És mi a helyzet a fénysebességgel – ezzel az állandóval, amelyet Michelson, úgy tűnik, egyszer s mindenkorra elkapott? Kétségek is vannak vele kapcsolatban. A tudósok újra és újra új eszközökkel és új módszerekkel közelítették meg. 1939-ben két kutatócsoport – az egyik a Harvard Egyetemen, a másik Németországban – az úgynevezett elektronikus fényzárat (Kerr cella) használva némileg eltérő eredményeket ért el: az USA-ban 299 798 km/s, Németországban pedig 299 799 km/s. . Két évvel később a Nemzeti Szabványügyi Hivatal tudósai 299 795 km/s-os adattal álltak elő. 1951-ben Carl E. Aslakson, az US Coast and Geodetic Survey kapitánya 299 805 km/s-os értéket ért el egy radarrendszer tesztelése során. Három évvel később angol tudósok egy csoportja megismételte eredményét.

Azt sugallják, hogy a fénysebesség még mindig nem állandó. Egyes tudósok azt állítják, hogy ez megváltozott, rámutatva a második világháború előtti és utána tíz éves időközönként végzett mérések eredményeinek különbségére. Körülbelül 16 km/s. A Texas Tech College professzora, J.H. Rush úgy véli, hogy "ezt nem szabad túl könnyedén venni, és az elkerülhetetlen technikai hibákkal magyarázni". Rush úgy véli, hogy "az új dimenziók új felfedezéshez vezethetnek." És a keresés folytatódik*.

És mi a helyzet az éter kérdésével? 1899-ben Michelson érintette ezt a kérdést a Lowell Lectures című művében. – Tegyük fel – mondta –, hogy az éter összehúzódása elektromos töltésnek, az éter elmozdulása elektromos áramnak, az éter örvénylése atomoknak felel meg; ha folytatjuk ezeket a feltételezéseket, akkor arra a következtetésre jutunk, amely az egyik legnagyobb általánosítás lehet modern tudomány, - hogy a fizikai Univerzum összes jelensége csak egy mindent átható anyag – az éter – változatos mozgástípusainak különböző kifejeződése. Számomra úgy tűnik, nincs messze a nap, amikor a sok távolinak tűnő gondolati terület sora végre egy közös síkon fog összefutni. Majd az atom természete, és az atomok kémiai kötésének mibenléte, és a köztük lévő kölcsönhatás, valamint a folytonos, önmagát a fényen és elektromosságon keresztül deklaráló éter és a molekula szerkezete, valamint a kohézió, rugalmasság ill. vonzás – mindez egyetlen és következetes rendszerben fogja megtalálni a helyét. tudományos ismeretek".

Azóta több mint hatvan év telt el, de Michelson jóslata még mindig nem vált be. A fénynek és más típusú elektromágneses sugárzásnak továbbra sincs szüksége vezetőképes közegre. Az éter gondolatát végül elvetették, nagyrészt Michelson zsenialitása miatt.

MICHELSON TAPASZTALAT:

MICHELSON TAPASZTALATA MICHELSON TAPASZTALATA
tette Amer. A. A. Michelson fizikus 1881-ben, hogy megmérje a Föld mozgásának a fénysebességre gyakorolt ​​hatását. A fizikában kon. 19. század azt feltételezték, hogy a fény az univerzális világközeg - az éter - egy bizonyos rajban terjed. Ugyanakkor számos jelenség (a fény aberrációja, a Fizeau-kísérlet) arra a következtetésre vezetett, hogy az éter mozdulatlan, vagy mozgásuk során a testek részben elszállítják. A rögzített éter-hipotézis szerint megfigyelhető az „éteri szél”, amikor a Föld áthalad az éteren, és a fény Földhöz viszonyított sebességének a fénysugár mozgási irányához viszonyított irányától kell függnie. az éterben. M. o. Michelson interferométerrel végezték, egyenlő karokkal, az egyik - a Föld mozgása mentén, a másik - arra merőlegesen. Ha az éter álló helyzetben van, akkor az eszköz 90 ° -kal történő elforgatásakor a sugarak útjában lévő különbségnek előjelet kell változtatnia és zavarnia kell. a kép eltolódik. Azonban az interferencia keveredése a kép nem található, azaz M. o. negatív eredményt adott. 1885-87-ben Michelson és Amer kísérletei. E. W. Morley fizikus nagy pontossággal megerősítette. az eredeti eredménye M. o. 1964-ben Amer. fizika módosításban. a formát M. o. ismételte meg, két egyforma hélium-neon lézert használva fényforrásként, amelyek monokromatikussága és térbelisége igen nagy. koherenciát, és még nagyobb pontossággal kapott negatívumot. eredmény. A klasszikusban a fizikát megtagadják. eredménye M. o. A mozgó közegek elektrodinamikájának egyéb jelenségeivel nem lehetett megérteni és egyetérteni. A relativitáselméletben a fénysebesség állandóságát minden tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerre posztulátumként fogadják el, amelyet számos kísérlet igazol.

Fizikai enciklopédikus szótár. - M.: Szovjet enciklopédia. A. M. Prokhorov főszerkesztő. 1983.

MICHELSON TAPASZTALAT

A. Michelson által először 1881-ben végzett kísérlet a Föld mozgásának a fénysebességre gyakorolt ​​hatásának mérésére. Negatív Az eredmény az egyik kísérleti tények, amelyek az alapot képezték relativitáselmélet.

A fizikában kon. 19. század azt feltételezték, hogy a fény az univerzális világközeg egy bizonyos rajjában terjed - adás. Ugyanakkor számos jelenség ( fény aberrációja, Fizeau élmény) arra a következtetésre vezetett, hogy az étert mozgásuk során a testek mozdulatlanok vagy részben magukkal ragadják. A rögzített éter-hipotézis szerint az "éteri szelet" megfigyelhetjük, amikor a Föld áthalad az éteren, és a fény Földhöz viszonyított sebességének a fénysugár irányától kell függenie a fénysugár mozgásának irányához képest. éter.

M. o. segítségével valósult meg Michelson interferométer egyenlő vállakkal; egyik karja a Föld mozgása mentén irányult, a másik - rá merőlegesen. Ha a teljes eszközt 90 ° -kal elforgatják, a sugarak útjában lévő különbségnek előjelet kell váltania, aminek következtében az interferencia eltolódik. festmény. A számítás megmutatja, hogy mekkora az elmozdulás, az interferencia szélességének töredékében kifejezve. csíkok, egyenlő , ahol Z az interferométer karjának hossza, az alkalmazott fény hullámhossza (sárga vonal Na), Val vel- a fény sebessége a levegőben, v a Föld keringési sebessége. Mivel a Föld keringési mozgásának értéke körülbelül 10-4, ezért a várható elmozdulás nagyon kicsi és az első M. o. csak 0,04 volt. Ennek ellenére Michelson már ezen tapasztalatok alapján arra a következtetésre jutott, hogy a rögzített éter hipotézis téves.

A jövőben M.o. sokszor megismétlődött. Michelson és E. W. Morley (1885-87) kísérleteiben az interferométert egy hatalmas, higanyban úszó lemezre szerelték fel (a sima forgás érdekében). optikai az úthosszat 11 m-re növelték a tükrök többszöri visszaverődése segítségével. eredménye M. o. 1958-ban a Columbia Egyetemen (USA) ismét kimutatták a rögzített éter hiányát. Két azonos kvantum-mikrohullám-generátor (maser) sugárnyalábjait irányították ban ben Az ellentétes oldalakat - a Föld mozgása mentén és a mozgás ellenében - és azok gyakoriságát hasonlították össze. Nagy pontossággal (~ 10-9%) azt találták, hogy a frekvenciák változatlanok maradnak, míg az "éteri szél" a mérésnél csaknem 500-szor nagyobb különbség megjelenéséhez vezetne ezekben a frekvenciákban. pontosság.

A klasszikusban a fizikát megtagadják. eredménye M. o. nem lehetett megérteni és egyetérteni más jelenségekkel mozgó közegek elektrodinamikája. A relativitáselméletben a fénysebesség állandósága mindenkire inerciális referenciarendszerek posztulátumként elfogadott, amelyet számos kísérlet igazolt.

Megvilágított.: Vavilov S. I., A relativitáselmélet kísérleti alapjai, Sobr. soch., 4. kötet, M., 1956; Einstein-gyűjtemény, 1980-1981, M., 1985. E. NAK NEK. Tarasov.

Fizikai enciklopédia. 5 kötetben. - M.: Szovjet Enciklopédia. A. M. Prokhorov főszerkesztő. 1988.

Michelson, Albert Ábrahám

Születési idő: Születési hely: Halálozás ideje: Halálozási hely: Ország: Tudományos terület: Munkavégzés helye: Tanulmányi cím: Alma mater: Témavezető: Díjak és díjak: Aláírás:

Albert Ábrahám Michelson

Albert Ábrahám Michelson

Strelno, Poroszország

Pasadena, Kalifornia, USA

USA Lengyelország

fizikus, csillagász

Case Western Reserve University Chicagói Egyetem Clark Egyetem[d]

A Szovjetunió Tudományos Akadémiájának levelező tagja

Egyesült Államok Tengerészeti Akadémia

Hermann Helmholtz

Rumfoord-díj (1888) Matteucci-érem (1903) Fizikai Nobel-díj (1907) Copley-érem (1907) Elliot Cresson-érem (1912) Henry Draper-érem (1916) Albert-érem (Királyi Művészeti Társaság) (1920) Guthrie-érem és -díj (1921) Jules Janssen-díj (1922) Franklin-érem (1923) Royal Astronomical Society aranyérem (1923) Duddell-érem és díj (1929)

Albert Abraham Michelson a Wikimedia Commonsnál

Albert Ábrahám Michelson(Angol) Albert Ábrahám Michelson; 1852. december 19., Strelno, Poroszország – 1931. május 9., Pasadena, USA) – amerikai fizikus, aki a róla elnevezett Michelson-interferométer feltalálásáról és a fénysebesség precíziós méréseiről ismert. 1907-ben fizikai Nobel-díjat kapott "precíz optikai műszerek megalkotásáért, valamint az ezek segítségével végzett spektroszkópiai és metrológiai vizsgálatokért".

Életrajz

Albert Ábrahám Michelson

Hat gyermek egyikeként született egy zsidó családban, a Porosz Királyság lengyel részén. Apja, Samuil Mikhelson kereskedelemmel foglalkozott; anya - Rosalia Mikhelzon (szül. Prilubskaya), Abram Prilubsky lánya volt Inowroclawból. Amikor a fiú két éves volt (1855), szülei New Yorkba (USA) emigráltak, ahol vezetéknevüket "Mikelson"-ként kezdték ejteni. ". Innen a család az ország nyugati részébe költözött, először Murphys bányásztelepüléseken (Kaliforniában) és Virginia Cityben (Nevada) élt, ahol apja sikeres aszaltgyümölcs-üzletet alakított ki. Albert Michelson iskolás évei alatt San Franciscóban élt, nagynénje, Henrietta Levy családjában (Harriet Lane Levy írónő édesanyja, unokatestvér tudós).

1869-ben Michelson megkezdte a képzést az Egyesült Államok Haditengerészeti Akadémiáján Annapolisban. 1873-ban fejezte be tanulmányait. Michelsont tanulmányai kezdete óta nagyon érdekelte a tudomány, és különösen a fénysebesség mérésének problémája. Miután két éven át folytatta az európai kiképzést, visszavonul a katonai szolgálattól. 1883-ban a fizika professzora lett a Cleveland School of Applied Sciences-ben, és egy továbbfejlesztett interferométer kifejlesztésére összpontosított.

1889 után professzorként dolgozott a worcesteri Clark Egyetemen. 1892-ben az újonnan alapított Chicagói Egyetem professzora és a fizika tanszék vezetője lett. 1907-ben Michelson lesz az első amerikai, aki elnyerte a fizikai Nobel-díjat. Ugyanebben az évben Michelson Copley-érmet is kapott a kísérleti fizika terén elért kiemelkedő teljesítményéért.

fénysebesség

Első mérések

Michelson már 1877-ben, amikor az amerikai haditengerészet tisztje volt, elkezdte javítani a fénysebesség mérési módszerét egy forgó tükör segítségével, amelyet Leon Foucault javasolt. Michelson ötlete az volt, hogy jobb optikát és nagyobb hatótávot használjanak. 1878-ban végezte el az első méréseket egy meglehetősen rögtönzött készüléken. Ez a munka felkeltette Simon Newcomb, a Nautical Almanach Office igazgatójának figyelmét, aki szintén hasonló kísérleteket tervezett. Michelson 1879-ben publikálta 299 910 ± 50 km/s-os eredményét. Ezt követően Washingtonba (USA) költözött, hogy segítsen Simon Newcomb kísérleteiben. Így kezdődött barátság és együttműködés a két tudós között.

Newcomb jobban finanszírozott kísérletei során a fénysebesség 299 860 ± 30 km/s értékét kapta meg, amely a mérési hibákon belül egybeesett Michelson értékével. Michelson tovább fejlesztette módszerét; 1883-ban publikálta a 299 853±60 km/s értéket.

Mount Wilson és az 1926 előtti idő

1906-ban E. B. Rosa és N. E. Dorsey egy új, elektromos módszerrel mérte meg a fénysebességet. Kísérleteik során 299 781±10 km/s értéket kaptak.

1920 után Michelson megkezdte a fénysebesség "végső" mérését a Mount Wilson Obszervatóriumban, és a mérés 22 mérföldes távolságon alapult - a San Antonio-hegy déli oldalán található Lookout Mountain-ig.

1922-ben az Egyesült Államok Tengerparti és Geodéziai Bizottsága megkezdte ennek a távolságnak az alapos mérését az újonnan feltalált invar szalagok segítségével, amely két évig tartott. 1924-ben, amikor 10−6-os pontossággal mérték a hosszt, elkezdték a fénysebesség mérését, amely szintén két évig tartott, és 299 796±4 km/s-os fénysebesség értékét adta meg.

Ez a híres kísérlet a problémáiról is ismert. Például egy nagy probléma volt erdőtüzek, a füst a tükrök elhomályosulásához vezetett. Az is teljesen lehetséges, hogy az 1925. június 29-i Santa Barbara-i földrengés során bekövetkezett, a Richter-skála szerinti 6,3-as erősségű báziseltolódás miatt az ilyen nagy pontossággal végzett geodéziai mérések hibásak voltak.

Michelson, Pease és Pearson 1932-ben

1927 után számos fénysebességmérés jelent meg új, elektrooptikai módszerekkel, amelyek lényegesen alacsonyabb fénysebesség értékeket adtak, mint Michelson 1926-ban meghatározott optikai módszere.

Michelson továbbra is keresett egy olyan mérési módszert, amely kizárná a légköri zavarok hatását. 1930-ban Francis Pease-sel és Fred Pearsonnal együtt elkezdte mérni a fénysebességet 1,6 km hosszú vákuumcsövekben. Michelson az összesen 233 mérés közül a 36. után halt meg. A kísérletet elsősorban a geológiai instabilitás és a csövek kondenzációja nehezítette. A kísérletek végül 299 774 ± 11 km/s értéket adtak, ami egybeesett az elektrooptikai módszerek eredményeivel.

Interferometria

1881-ben Michelson tartott fizikai tapasztalat(Michelson kísérlete) interferométerén, hogy megmérje a fénysebességnek a Föld mozgásától való függését. A kísérlet eredménye negatív volt - a fénysebesség semmilyen módon nem függött a Föld sebességétől és a mért sebesség irányától.

1887-ben Michelson E. W. Morley-val egy Michelson-Morley-kísérletként ismert kísérletet végzett. Ebben a kísérletben meghatározták a Föld mozgásának sebességét az éterhez képest. A várakozással ellentétben a kísérlet (valamint annak későbbi és napjainkig elvégzett pontosabb módosításai) nem tárta fel a Föld mozgását az éterhez képest. Einstein a relativitáselméletről írt első írásában megemlíti „a Föld mozgásának a „fényhordozó közeghez” viszonyított kimutatására irányuló sikertelen kísérleteket”, és ennek alapján új univerzális kinematikát épít (nem csak az elektromágneses jelenségekre). ). Michelson tapasztalata lett a relativitáselmélet alapja és első kísérleti megerősítése.

1920-ban Michelson kísérletet végzett a csillagok szögméretének mérésére. Ehhez egy 6 méteres vállhosszú interferométert használt, amelynek fényét tükrök segítségével egy 254 cm-es teleszkóp bemenetére küldte. Ebben az esetben egy sávrendszert figyeltek meg a távcsőben. Ahogy az interferométer karjait meghosszabbították, a rojtok eltűntek. Az interferométer tükrei közötti távolságból meg lehetett határozni a csillag szögméretét, ismert csillagtávolság mellett pedig az átmérőjét is. Michelson így meghatározta a Betelgeuse csillag átmérőjét.

memória

1970-ben a Nemzetközi Csillagászati ​​Unió elnevezett egy krátert hátoldal Hold. Tiszteletére nevezték el a Franklin Intézet által odaítélt Albert Michelson-érmet.

Bibliográfia

• A. A. Michelson, "Research in Optics", URSS Publishing House, Moszkva, 2004. ISBN 5-354-00945-6
• Albert A. Michelson, MA, amerikai haditengerészet "A Föld és a világító éter relatív mozgása" (1881). (A Föld és a világító éter relatív mozgása. Albert A. Michelson, Master, U.S. Navy) // The American Journal of Science. 1881. III sorozat. XXII. évf. 128. P. 120-129. Fordítás angolból. L. S. Knyazeva.
• Albert A. Michelson, Edward W. Morley "A Föld és a világító éter relatív mozgásáról" (1887) (The viszonylag motion of the Earth and the Luminiferous ether. Albert A. Michelson, Master, U.S. Navy) // A American Journal of Science. 1881. III sorozat. XXII. évf. 128. P. 120-129. Fordítás angolból. L. S. Knyaeeva.
• A. A. Michelson. „A Föld forgásának hatása a fénysebességre. I. rész "(1925) (A Föld forgásának hatása a fény sebességére. 1. rész. A.A. Michelson) // The Astrophys. J. 1925. április. LXI. 5. szám P. 137-139. Fordítás angolból. L. S. Knyaeeva.
• A. A. Michelson, Henry G. Gehl, közreműködött Fred Pearson. „A Föld forgásának hatása a fénysebességre. II. rész". (1925) (A föld forgásának hatása a fény sebességére. II. rész. A.A. Michelson, Henry G. Gale. Assisted by Fred Pearson) // The Astrophysical J. April 1925. Vol LXI. 5. szám P. 140-145. Fordítás angolból. L. S. Knyazeva.
• Konferencia a Michelson-Morley kísérletről. A Mount Wilson Obszervatóriumban, Pasadenában, Kaliforniában, 1927. február 4. és 5.) //The Astrophysical Journal. 1928. december. LXVIII, sz. 5. P. 341-402. Fordítás angolból. V. A. Atsyukovsky és L. S. Knyazeva.
• A. A. Michelson, F. G. Peace és F. Pearson. "Repetition of the Michelson-Morley experiment" (1929) (Repetition of the Michelson-Morley experiment. By F.F.Micheson, F.G.Pease and F.Pearson) // Optical Society of America. Journal of the Optical Society of America and Review of Scientific Instumcnts. 1929. március. 18. évf., 3. szám, 181-182. Fordítás angolból. V. A. Atsyukovsky.

A világéter hipotézise. Michelson és Morley kísérletei

K. Maxwell megtalálta az elektrodinamika helyes egyenleteit, az éter ötletére támaszkodva, amely végül elavult. Az akkoriban ismert összes hullám csak különféle közegekben terjedhetett, ezért nemcsak Maxwell, hanem minden fizikus is úgy gondolta, hogy az elektromágneses hullám valamely legkönnyebb, mindent átható közeg rugalmas oszcillációja. Ezt a közeget világéternek hívták. Mivel az elektromágneses hullám keresztirányú hullám, azt kellett feltételezni, hogy az éter szilárd.

A jól ismert kísérletező, A. Michelson (lásd Michelson interferométer) úgy döntött, hogy kísérleti úton próbálja regisztrálni az éter létezésének tényét, és megméri az éteren áthaladó Föld sebességét. Erre a célra az interferométerét használta. Emlékezzünk, hogyan működik. Párhuzamos fénysugár esik egy áttetsző műanyagra P szögben orientált 450 a köteghez. A fény egy része továbbhalad, egy része pedig visszaverődik. A visszavert fény a tükörre esik Z1és visszatérve áttesz egy áttetsző lapot a képernyőnek E. A lemezen áthaladó sugár az első áthaladás során egy másik tükörre esik. Z2és visszatérve visszaverődik az áttetsző lemezről a képernyőre. Két különböző utat megtett nyaláb szuperpozíciója interferenciamintázatot ad. Egy kis különbség a tükrök közötti szögben 900 ahhoz vezet, hogy az interferenciaminta az interferencia peremrendszere.

Az interferométert a Föld éterhez viszonyított becsült sebessége mentén helyezték el. Ha az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy az interferométer karjainak hossza egyenlő, akkor a Föld mozgása mentén és keresztben terjedő fény különböző idő alatt éri el a képernyőt. Ha most az interferométert arra fordítjuk 900 , akkor a nyalábok késleltetési idejei helyet változtatnak és az interferenciaminta eltolódik. Az eltolás segítségével meghatározható a késleltetési idő és ennek megfelelően a Föld sebessége a mozdulatlan éterhez képest.

3. feladat. Tegyük fel, hogy a Föld v sebességgel mozog az éterhez képest. Számítsa ki az interferenciamintázat várható eltolódását (az intenzitásmaximumok közötti távolság egységeiben) egy fény hullámhosszán l, miután elfordította az interferométert 900 az interferométer karhosszával L.

Egy Morley-val közösen végzett kísérlet kimutatta, hogy az interferométer elforgatásakor nincs eltolódás az interferenciamintázatban. 900 nem látható. Ebből arra kellett következtetni: vagy az étert teljesen elviszi a Föld, és a Föld és az éter egymáshoz viszonyított mozgása hiányzik, vagy az éter nem létezik, és a fényterjedés folyamata nem egy rugalmas terjedése. hullám. Michelson arra a következtetésre jutott, hogy az étert teljesen magával ragadja a Föld.

2.2 Kísérleti ellentmondások a hipotézishez
éter hobbi

Az a feltételezés, hogy az étert teljesen magával ragadta a Föld, ellentmondott más kísérleti tényeknek. Így J. Bradley angol csillagász felfedezte, hogy a legtávolabbi csillagok látszólagos éves mozgást végeznek körben vagy ellipszisben. Ezt a jelenséget az ún csillagfény aberrációja. Kiderült, hogy szinte minden csillag pályájának szögátmérője azonos és egyenlő 40,5 ívmásodperc. Az aberráció elemi magyarázata egyszerűvé és érthetővé válik, ha analógiát vonunk a fény terjedése és az esőcseppek hullása között. Ha nincs szél, egy álló megfigyelő azt látja, hogy a cseppek függőlegesen esnek. Ha azonban mozgó autóba ül, láthatja a cseppek ferdén esését. Felülről és szemből esik az eső.

4. feladat. Legyen az esőcseppek esési sebessége a Földhöz viszonyítva c, az autó sebessége v. Milyen szögben esnek le a cseppek az autóból? A kapott eredmény és a csillagok röppályáinak látszólagos szögátmérőjére vonatkozó adatok felhasználásával határozza meg a fény sebességét. A Föld keringési sebessége az 30 km/s.

Ha az étert teljesen elvinné a Föld, akkor nem lenne aberráció.

Következtetés

Tehát Michelson kísérleteiből és a csillagfény aberrációjához hasonló jelenségekből azt a következtetést kell levonni, hogy a fény sebessége bármely vonatkoztatási rendszerben azonos és egyenlő c.[Az eddigi legpontosabb mérések adják az értéket c=(2,997925 ± 0,000003) × 108 m/s.]

Tételezzük fel, hogy a Földről nagy sebességgel induló űrhajó fényjelet kap a Földről. Terjedési sebességének mérésekor egy értéket találunk c hajó sebességétől függetlenül: c– v =c!Vagy egy másik példa. Jelenleg megbízhatóan megállapítható, hogy a Naprendszertől távol eső galaxisok távolodnak. Az univerzum tágul. A szökési sebesség annál nagyobb, minél távolabb van a galaxis. A nagyon távoli galaxisok a fénysebességhez közeli sebességgel futnak el. Az ezekből a galaxisokból érkező fénynek azonban van sebessége c. Ez a tény, valamint az elektrodinamikai kísérletek azt jelzik, hogy el kell hagyni a koordináták és a sebesség Galilei transzformációit, a sebességek összeadásának szabályát.

Michelson A. tapasztalata és a speciális relativitáselmélet

Ahogy a mikrovilágról szóló részben már említettük, az új fizika a 19. és 20. század fordulóján született meg, mivel a klasszikus tudomány nem tudta megmagyarázni számos, a 19. században végzett kísérlet eredményét. A röntgensugarak és a radioaktivitás magyarázatának vágyából a kvantummechanika és a magfizika keletkezett. A. Einstein relativitáselmélete abból a kísérletből nőtt ki, hogy megmagyarázza egy amerikai fizikus és mérnök tapasztalatának eredményeit Albert Michelson(1852 - 1931), hogy meghatározzák a fény sebességét a mozdulatlan éterhez viszonyítva, amelynek létezését J. Maxwell javasolta. Michelson kísérletének eredménye, amelyért Nobel-díjat kapott, váratlan volt: kiderült, hogy 1) a fény sebessége nem függ a forrás sebességétől; 2) világállandó, és minden inerciális vonatkoztatási rendszerben állandó; 3) azt nem lehet túllépni. azaz a fénysebesség az maximális sebesség jelátvitel. Ennek eredményeként A. Michelson által kapott eredmények azt mutatták éter nem létezik.

Ezek az eredmények voltak az első olyan "bálnák", amelyeken a különleges relativitás-elmélet. A második "bálna" G. Galileo relativitáselmélete volt, amelyet A. Einstein a következőképpen fogalmazott meg: minden inercia vonatkoztatási rendszer ekvivalens egymással a benne lévő fizikai kísérletek beállításában, és egyik sem (illetve amelyhez az éter mozdulatlan lenne) előnyei vannak másokkal szemben.

A. Einstein volt a legnagyobb teoretikus, és amikor a relativitáselméleten dolgozott, az "A. Einstein hajója" nevű gondolatkísérlet módszerét alkalmazta. Ennek a kísérletnek a lényege a következő. A parton egy hajó halad, amiben egy egér fut a hajó irányába. Az egér parthoz viszonyított sebessége a hajóhoz viszonyított saját sebességének és a hajó parthoz viszonyított sebességének az összege. Ha feltételezzük, hogy a hajó sebessége megközelíti a fénysebességet (elméletileg ez lehetséges), akkor az egér parthoz viszonyított sebessége meghaladja a fénysebességet, ami ellentmond A. Michelson kísérletének eredményének.

A felmerült ellentmondás feloldásához A. Einsteinnek paradigmát kellett váltania: logikai érvelés és matematikai számítások segítségével arra a következtetésre jutott, hogy a fénysebességgel arányos nagy sebességeknél (és ezek a MEGA WORLD sebességei). , amelynek tárgyai csillagok, galaxisok és az Univerzum), Newton paradigmája a tér és idő abszolútságáról és függetlenségéről nem működik. Ebből az következett, hogy nagy sebességgel tér és idő összefüggnek, és az idő lesz a negyedik koordináta, azaz. ilyen körülmények között a térnek legalább négy dimenziója van.

Ebből három következmény következett:

1) nagy sebességgel, arányos a fénysebességgel,

a távolság lerövidül, a szakasz lerövidül és sebességgel

fény (ha elérhetőnek bizonyult), egy pontra zsugorodik;

2) nagy sebességnél az idő lelassul; Einstein példája széles körben ismert, amit „ikerparadoxonnak” nevezett: két ikerfiú született ugyanazon a napon a Földön, az egyik hosszú űrrepülésen ment, a másik egész életét a Földön töltötte. Amikor az űrhajós hazatér, még fiatal lesz (az űrrepülés óriási sebessége mellett az idő lassabban telik, mint a Földön), testvéréről pedig kiderül, hogy nagyon idős ember.

3) a test tömege nem függ a test sebességétől. Ebből következik tehát

nullától eltérő tömegű testre nem lehet gyorsítani

a fénysebesség, mert ehhez végtelen energia kellene.

Továbbá A. Einstein összefüggést talált a tömeg és az energia között: a test tömege a benne lévő energia mértéke. Így jelent meg a híres Å= mc2 képlet, ahol E a részecske nyugalmi energiája, m a nyugalmi tömege, c a fénysebesség.

A speciális relativitáselmélet kísérleti megerősítése a mikrokozmoszból származott. Kiderült, hogy az elemi részecskékkel végzett kísérletekben, amelyeket speciális gyorsítókban nagyon nagy sebességre gyorsítanak, a kísérleti és a számított adatok jó egyezése érdekében a tömegnövekedés hatása, az úgynevezett relativisztikus tömegkorrekciók ( angol szó"rokon" jelentése "rokon"). Az idődilatációt már kísérletileg rögzítették űrrepülési sebességeknél (az űrben az órák kicsit elmaradnak). A fentiek mindegyike azt jelzi, hogy a speciális relativitáselmélet nemcsak a megavilágot írja le, hanem a mikrovilágot is. A makrokozmoszban azonban a sebességek túl alacsonyak és a tömegek túl nagyok ahhoz, hogy kísérletileg megfigyeljék a relativisztikus hatásokat.

Tehát a speciális relativitáselmélet azt mondja, hogy nagy sebességnél (a megavilágban és a mikrovilágban) megnyilvánul a tér és az idő kölcsönhatása, pl. megvalósított legalább négydimenziós téridőt. A makrokozmoszban a sebességek olyan kicsik, hogy a tér és az idő kapcsolata kísérletileg nem rögzíthető.

Mi volt a Michelson-kísérlet?

Zafír

Nehéz elképzelni az abszolút ürességet - egy teljes vákuumot, amely semmit sem tartalmaz. Az emberi tudat arra törekszik, hogy legalább valami anyaggal megtöltse, és az emberiség történelmének sok évszázada során azt hitték, hogy a világtér tele van éterrel. Az ötlet az volt, hogy a csillagközi teret valami láthatatlan és megfoghatatlan finom anyag tölti ki. Amikor megkapták a Maxwell-féle egyenletrendszert, amely azt jósolta, hogy a fény véges sebességgel terjed a térben, még ennek az elméletnek a szerzője is azt hitte, hogy az elektromágneses hullámok közegben terjednek, ahogy az akusztikus hullámok terjednek a levegőben, és a tenger hullámai terjednek a vízben. A 19. század első felében a tudósok még az éter elméleti modelljét és a fény terjedésének mechanikáját is gondosan kidolgozták, beleértve mindenféle emelőkart és tengelyt, amelyek állítólag hozzájárultak az éterben oszcilláló fényhullámok terjedéséhez.
1887-ben két amerikai fizikus - Albert Michelson és Henry Morley - úgy döntött, hogy közösen végeznek egy kísérletet, amelynek célja, hogy egyszer és mindenkorra bebizonyítsák a szkeptikusok számára, hogy a világító éter valóban létezik, betölti az Univerzumot, és közegként szolgál, amelyben fény és egyéb elektromágneses hullámok jelennek meg. terjeszteni. Michelsonnak megkérdőjelezhetetlen tekintélye volt az optikai műszerek tervezőjeként, Morley pedig fáradhatatlan és tévedhetetlen kísérleti fizikusként volt híres. Az általuk kitalált tapasztalatokat könnyebb leírni, mint a gyakorlatban megvalósítani.
Michelson és Morley egy interferométert, egy optikai mérőeszközt használt, amelyben a fénysugarat egy áttetsző tükör kettéhasítja (az üveglemezt az egyik oldala csak annyira ezüstözte, hogy részben átengedi a rá bejutó fénysugarakat, és részben visszaveri őket; a hasonló technológiát használnak ma a tükörreflexes fényképezőgépekben). Ennek eredményeként a nyaláb szétválik, és a keletkező két koherens nyaláb egymásra merőlegesen eltávolodik, majd az áttetsző tükörtől egyenlő távolságra lévő két visszaverő tükörről visszaverődnek, és visszatérnek az áttetsző tükörhöz, ahonnan a keletkező fénysugár lehetővé teszi. figyelnie kell az interferenciamintát, és észlelnie kell a két sugár legkisebb deszinkronizálását (az egyik sugár késleltetése a másikhoz képest; lásd: Interferencia).
A Michelson-Morley kísérlet alapvetően a világéter létezésének megerősítésére (vagy cáfolatára) irányult az "éteri szél" (illetve hiánya tényének) feltárásával. A Nap körüli pályán mozogva ugyanis a Föld a feltételezett éterhez képest fél évig az egyik irányba, a következő fél évig pedig egy másik irányba mozog. Következésképpen fél évig az "éteri szélnek" kell fújnia a Föld felett, és ennek eredményeként el kell tolnia az interferométer értékeit az egyik irányba, fél évig pedig a másik irányba. Így aztán Michelson és Morley egy éven át figyelve telepítésüket nem találtak 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: az éteri szél, tehát az 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 (melyek szerint a fénysebességnek a keretválasztástól független határértéke van) között. referencia) nyilvánvalóvá vált, ami a relativitáselmélet megjelenését eredményezte. A Michelson-Morley kísérlet végül megmutatta, hogy a természetben nincs "abszolút vonatkoztatási keret". És bármennyire is állította utólag Einstein, hogy a relativitáselmélet kidolgozásakor nem fordított figyelmet a kísérleti vizsgálatok eredményeire, aligha kell kétségbe vonnunk, hogy a Michelson-Morley-kísérletek eredményei hozzájárultak az elmélet gyors elfogadásához. egy ilyen radikális elméletet a tudományos közösség komolyan.

Michelson kísérlete egy Michelson által 1881-ben felállított fizikai kísérlet a fénysebességnek a Föld éterhez viszonyított mozgásától való függésének mérésére. Az étert ekkor a térfogati eloszlású anyaghoz hasonló közegként értelmezték, amelyben a fény hangrezgésekként terjed. A kísérlet eredménye negatív volt - a fénysebesség semmilyen módon nem függött a Föld sebességétől és a mért sebesség irányától. Később, 1887-ben Michelson Morley-val együtt egy hasonló, de pontosabb kísérletet, Michelson-Morley-kísérletet hajtott végre, amely ugyanazt az eredményt mutatta. 1958-ban a Columbia Egyetemen (USA) egy még pontosabb kísérletet végeztek két maser ellentétes irányú nyalábjai segítségével, amely körülbelül 10-9%-os pontossággal mutatta ki a frekvencia invarianciáját a Föld mozgásától (az érzékenység a Föld sebessége az éterhez viszonyítva 30 m/s) . Még pontosabb mérések 1974-ben 0,025 m/s-ra hozták az érzékenységet. A Michelson-kísérlet modern változatai optikai és kriogén mikrohullámú üregeket használnak, és lehetővé teszik a fénysebesség anizotrópiájától való eltérés kimutatását, ha az több egység per 10-16.
Michelson tapasztalata az általános relativitáselméletben (GR) és a speciális relativitáselméletben (SRT) szereplő fénysebesség invariancia elvének empirikus alapja.

Bernard Jeff

5. Michelson-Morley kísérlet

A Case School of Applied Science, amely 1881-ben nyitotta meg kapuit a hallgatók előtt, és később Case Institute of Technology lett, egy korábban a Case-hez tartozó házban kapott helyet a Rockville Streeten, nem messze Cleveland központi terétől. Az első dolga Michelsonnak szolgálatba lépésekor az volt, hogy az iskola területén lévő melléképületben laboratóriumot szerelt fel.

Case birtoka szomszédságában volt a Western Reserve Egyetem, amelyet 1882 nyarán Clevelandbe helyeztek át az ohiói Hudsonból. Az utca túloldalán, száz méterre Michelson laboratóriumától volt az Adelbert Hall, az egyik egyetemi épület, ahol Edward W. Morley kémiaprofesszor dolgozott.

Michelson és Morley hamarosan megismerkedett, és a közös tudományos érdeklődés alapján közel került egymáshoz. Együtt utaztak tudományos konferenciákra Baltimore-ban, Montrealban és más városokban, és minél jobban megismerték egymást, annál inkább erősödött kölcsönös rokonszenvük és tiszteletük.

Külsőleg ez a két tudós nagyon különbözőnek tűnt. Morley több mint tizenöt évvel volt idősebb Michelsonnál, és olyan angol telepesektől származott, akik a 17. század elején hagyták el a Brit-szigeteket. Édesapja kongregacionista lelkész volt, ő maga pedig 1864-ben végzett az andoveri (Massachusetts) szemináriumban, és éppen szentrendtartásra készült, és pályafutása jól példázza, hogyan válik a hobbiból életmunka. Mivel nem kapott megfelelő spirituális tanszéket, kémiát vett fel, amit addig csak amatőrként végzett. 1868-ban a Western Reserve Egyetem kémia és természetfilozófia professzori állást ajánlott fel neki. Morley nagyon vallásos volt, és időről időre prédikációkat tartott a környező templomokban. Sőt, csak azzal a feltétellel fogadta el a Western Reserve professzori posztját, hogy rendszeresen prédikálhat az egyetemi kápolnában.

Ami Michelsont illeti, nagyon távol állt a vallástól. Apja ateista volt, és a vallás nem foglalt helyet a család életében. Így nem csatlakozott elődei ősi hitéhez, és egész életében hitetlen volt. Feleségére bízta a gyermekek vallási szellemben való nevelését. A természet csodáiban gyönyörködve mégsem volt hajlandó azokat valamelyik alkotónak tulajdonítani. Egy csillagos éjszakán, amikor bemutatta és elnevezte gyermekeinek az égbolt csillagképeit, így szólt: „Elfelejtheti a csillagképek nevét, de én tiszteletre méltónak tartom azokat az embereket, akik nem hódolnak meg a természet csodái előtt.” Egyszer ezt írta: „Mit lehet a szépségben összehasonlítani a természet eszközei és céljai közötti csodálatos megfeleltetéssel, és a szabályosság azon változhatatlan szabályával, amely a látszólag legrendetlenebb és legösszetettebb megnyilvánulásait irányítja?” Ő azonban nem ismerte fel Isten gondolatát.

Michelson jó megjelenésű volt, karcsú, és mindig kifogástalanul öltözött. Morley enyhén szólva lazán öltözött, és teljes mértékben megfelelt volna egy szórakozott professzor sztereotip elképzelésének, ha nem mozdulatainak élénksége, energiája és beszédessége. Vállig érő haját viselt és hatalmas vörös bajuszát, amely szinte a füléig ért. Nős volt, de gyermektelen.

Michelsonban és Morleyban azonban sok közös vonás volt. Mindketten szerették a zenét. Michelson jól hegedült, Morley pedig kiváló orgonista volt. Mindkettőt a precíz mérőműszerek leleményessége és rendkívüli alapossága jellemezte. Morley, akárcsak Michelson, egyetlen részletet sem hagyott ki, és akárcsak ő, amikor bármilyen tudományos probléma tanulmányozásába kezdett, addig nem vonult vissza, amíg az ügy végére nem ért.

Michelsonnal való találkozás előtt Morley, miközben ellenőrizte a különböző levegőminták oxigén százalékos arányáról szóló jelentéseket, tanulmányozta az oxigén és a hidrogén relatív tömegét a készítményben. tiszta víz. Ez a kutatás közel húsz évig tartott. Kísérletek ezreit hajtotta végre, sokat saját költségén. Számtalan desztillált víz mintát elemzett elektrolízissel és szintetizált vizet elektromos szikra módszerével, két elem adott mennyiségű kombinálásával. Sok éves kutatás eredményeként ötödik tizedesjegyig meghatározta ezen elemek súlyát. Egy liter oxigén 1,42900 g, a hidrogén pedig 0,89873 g tömegű, egy háromszázezres hibával. Ezeket az értékeket általánosan elfogadták szabványnak, csakúgy, mint Morley hidrogén-oxigén aránya 1,0076:16. Morley kísérletei klasszikusak voltak, és világszerte elismerték.

A közeg mozgásának hatása a fénysebességre

Lord Kelvin és Lord Rayleigh arra kérte Michelsont, hogy tesztelje a közeg mozgásának a fénysebességre gyakorolt ​​hatását. Michelson úgy döntött, hogy a vizet mozgó közegként használja, és megosztotta ötletét Morleyval. Felajánlotta neki a laboratóriumát munkára. Egy nagy pincehelyiségben kapott helyet, és a körülmények ideálisak voltak a Michelson által kitalált élményhez. Morley nem volt fizikus, de gyors észjárású, találékony és szenvedélyes volt a probléma iránt. 1860-ban, még diákként, egy időben a csillagászat területén dolgozott. Michelson mesélt neki az előttük álló feladatról és az eszközről, amelynek használatára gondolt. Morley készen állt, hogy azonnal munkába álljon. 1885 szeptemberében azonban, amikor a kísérlet még gyerekcipőben járt, Michelson reggel teljesen nyomorult állapotban jelent meg a laboratóriumban. Azt mondta Morleynak, hogy idegi kimerültségtől szenved, és hosszú pihenőre van szüksége. Azt mondta, hogy legalább egy évre el kell hagynia Clevelandet. Nem hajlandó Morley önállóan befejezni az eszközt, kísérleteket végezni és az eredményeket közzétenni? Átadott Morleynak egy bizonyos összeget, amit kísérletekre kapott, és hozzáadott még 100 dollárt a sajátjából. Morley ezután levelet kapott Michelsontól New Yorkból. Rendszeresen leveleztek a kísérletről. Négy hónappal később Michelson váratlanul Clevelandbe érkezett, és felajánlotta, hogy folytatja a közös munkát. Egészségi állapota jelentősen javult, és sikerült befejeznie a kísérletet. 1886-ban az American Journal of Science-ben, mindkettőjük aláírásával, megjelent a The Influence of the Motion of a Medium on the Speed ​​of Light című mű. Michelson és Morley úgy találta, hogy a víz mozgása hatással van a fénysebességre, de nem úgy, ahogyan azt az éterelmélettől elvárnánk. Tapasztalataik megerősítették a Fizeau által 1851-ben végzett kutatás eredményeit. Egyszerre két oktatási intézmény – a Western Reserve University és a Stevens Institute of Technology – Ph.D fokozatot adományozott Michelsonnak. Michelsonnak ez volt az első diplomája, hiszen az ő idejében a Tengerészeti Akadémiának még nem volt joga a Bachelor of Science cím odaítélésére.

Most, továbbfejlesztett berendezéssel és gazdagabb tapasztalattal Michelson visszatérhetett az éterrel végzett kísérlethez, amelyet oly régóta halogat. Ebben a munkában Morleynak is részt kellett vennie. A legoptimistább reményekkel töltötték el őket, és Morley 1887. április 17-én ezt írta apjának: „Michelson és én új kísérletbe kezdtünk, amelynek meg kell mutatnia, hogy a fény terjedési sebessége minden irányban azonos-e. Nincs kétségem afelől, hogy meg fogjuk kapni a végső választ." Természetesen Morley kissé leegyszerűsítve határozta meg a kísérlet célját. Michelson és Morley elszánt kísérletet tettek a megfoghatatlan éter "elkapására". Pozitív eredmény esetén a tudomány nemcsak a Föld keringési sebességét kapja meg az éterhez viszonyítva, hanem a tengelye körüli forgási sebességét is, és talán még egy módszert is a mozgás sebességének meghatározására. a teljes naprendszer tere. Ez lenne az első kísérlet egy lokális optikai jelenség segítségével a Föld űrbeli abszolút mozgásának meghatározására, amelyet az éterrel azonosítottak.

Michelson-Morley hangszer

Az általuk tervezett készülék nagyon masszív szerkezetnek bizonyult. Körülbelül 150 négyzetcentiméter alapterületű és körülbelül 30 cm vastag kőlapból állt, amelyen négy, réz, ón és arzén ötvözetből készült tükröt, valamint minden egyéb berendezést, köztük egy Argand égőt helyeztek el. A kőlap szigorúan vízszintes helyzetének biztosítása, valamint a vibrációból, súrlódásból és feszültségből eredő hibák elkerülése érdekében a lapot Morley által tisztított higanyban úsztatták. A higanyt egy gyűrű alakú öntöttvas edénybe öntöttük, amelynek falvastagsága körülbelül 1,5 cm; a higany tetején fánk alakú faállvány úszott, amelyre már kőlap került. Az axiális rúd biztosította a fa úszó és az öntöttvas edény koncentrikusságát. Az érfal és az úszó külső pereme közötti rés 1,5 cm-nél kisebb volt (9. ábra).

Rizs. 9. Michelson-Morley installáció.
Folyékony higanyba helyezett fa úszón egy nagy és nagyon nehéz kőlap feküdt. A higanyt tartalmazó edény fánk alakú volt. A folyadékban lebegve a kőlap és a faállvány szigorúan vízszintesen állt.

Az öntöttvas edény egy tartón nyugodott, ami egy alacsony, lejtős téglanyolcszög volt, amelybe cementet öntöttek. Az interferométer alapja mélyen a talajba, az alapkőzetbe került, mivel a termőtalaj nem volt elég stabil. Az edény kerületén, egymástól azonos távolságra, tizenhat jelölést tettek. A fa tok megvédte a készülék optikai részét (tükör a lemez minden sarkánál) a légáramlatoktól és a hirtelen hőmérséklet-változásoktól.

A nehéz berendezés mozgásával szembeni ellenállást minimálisra csökkentették, és a kerülete körüli enyhe erő kifejtésével lassú, egyenletes és folyamatos forgást lehetett biztosítani. Egy teljes forgatás körülbelül 6 perc alatt készült el. A megfigyelő körbejárta a készüléket, egyidejűleg mozgott a forgó kőlappal, és időnként megállt, és egy kis teleszkópon keresztül nézte, hogy az interferencia peremek elmozdultak-e. Egy ilyen eltolódás a fénysebesség változását jelentené abban az irányban (10. ábra).

Rizs. tíz. Interferométer a Michelson-Morley elrendezésben.
Működési elve megegyezik az ábrán látható készülékével. nyolc.

Ennek az egyedülálló készüléknek a beállítása több hónapig tartott. Végül Michelson elérte, hogy a legkisebb elmozdulást észlelje az interferencia peremén. Morley és Michelson felváltva járkáltak a műszer körül, és a távcsövön keresztül néztek.

Feltételezték, hogy az év során két olyan napnak kell lennie, amikor a maximális torzítási hatás (ha egyáltalán létezik ilyen) megfigyelhető. Egy napon a Föld pont az ellenkező irányba fog mozogni, mint a másik napon.

Naponta délután tizenkét órakor és este hat órakor végeztek megfigyeléseket tizenhat különböző irányban. Megerőltetve a szemüket, belenéztek a zavaró peremekbe, és megpróbálták meghatározni az elmozdulásukat.

A kísérletek 1887 júliusában fejeződtek be. Amikor az összes eredményt összegyűjtötték és elemezték, minden számítást elvégeztek és ismételten ellenőriztek, a kutatók egy makacs ténnyel találták szemben magukat, amely megsemmisítette az egész harmonikus elméletet. Minden várakozás ellenére nem találtunk a rögzített éter hipotézis által megkövetelt sorrend elmozdulását. Olyan volt, mint egy halálos ítélet egy mozdulatlan éteri óceán ötletéért. Michelson meglehetősen rokonszenves volt a rögzített éter elméletével, és remélte, hogy a kísérlet lehetővé teszi annak felfedezését. Hogyan terjedhetnének másképpen az elektromágneses rezgések, beleértve a fényhullámokat is? Egy remekül kigondolt és zseniálisan kivitelezett kísérlet eredménye ismét teljesen megzavarta Michelsont.

"A legnagyobb negatív eredmény"

Michelson és Morley elküldte jelentését az American Journal of Science-nek. A címe: "A Föld és a világító éter egymáshoz viszonyított mozgásáról." Ugyanebben az évben az angol Philosophical Magazine-ban is megjelent. Michelson következtetése az egész világon ismertté vált a tudósok előtt. Bármerre is mozdult a megfigyelő, a fénysebességben nem volt érzékelhető különbség. Vagyis el kellett ismerni a hihetetlent: hiába rohansz a fény után, lehetetlen utolérni. Továbbra is 300 000 km/s sebességgel menekül előled. Ez a következtetés minden emberi tapasztalattal ellentétes volt. Egy 600 km/órás sebességgel repülõ repülőgép 50 km/h sebességgel fúj hátszél valamilyen fix ponthoz viszonyítva 650 km/órát tesz ki. Ha széllel szemben repül, sebessége 550 km/órára csökken. Mivel a Föld körülbelül 30 km/s sebességgel kering a Nap körül, a Földdel azonos irányba haladó fénysugár sebessége nagyobb sebesség ellenkező irányba haladó sugár. Michelson tapasztalatai azonban megcáfolták ezt a feltételezést.

John D. Bernal angol fizikus és filozófus Michelson és Morley felfedezését "a tudománytörténet legnagyobb negatív eredményének" nevezte. Michelsont azonban nem csüggedte el teljesen tapasztalatának eredménye. Kizárták ugyan a mozdulatlan éter létezését, de maradt még egy lehetőség, hogy „a Föld magával húzza az étert, majdnem ugyanolyan sebességet adva neki, mint ahogyan önmagát mozog, így az éter sebessége a felszínhez viszonyítva. a Föld értéke nulla vagy nagyon kicsi."

Tíz évvel e történelmi jelentés közzététele után Michelson kísérletileg tesztelte „a második hipotézist úgy, hogy két fénysugarat küldött egy függőlegesen elhelyezett téglalap kerülete mentén, amelynek oldalai 15 és 60 m. Az eredmények ezt nem erősítették meg. hipotézis.

Michelson nem volt meggyőződve arról, hogy kísérletének „kudarca” végül eldöntötte a kérdést. "Mivel a kísérlet eredménye negatív volt, a probléma még mindig megoldásra vár" - jelentette ki nyilvánosan. Önmaga vigasztalására pedig egy meglehetősen váratlan érvet hozott: „Véleményem szerint a kísérlet nem volt hiábavaló, hiszen a probléma megoldásának keresése vezetett az interferométer feltalálásához. Azt hiszem, mindenki felismeri, hogy az interferométer feltalálása teljes mértékben kompenzálja a kísérlet negatív eredményét.

Sok évvel később Michelson a Mount Wilson Obszervatórium tudományos közönségének előadásában egészen másképpen értékelte az éterrel végzett kísérlet és az interferométer feltalálásának viszonylagos fontosságát. Elismerte, hogy állítása, miszerint a hangszer értékesebb, ellentmond "néhány fontos elméleti megfontolásnak", amelyek megdöbbentőek. tudományos világ. Mint az elmúlt évek során kiderült, Michelson anélkül, hogy tudta volna, elkészítette azt az anyagot, amelyből Európában minden idők egyik legnagyobb tudományos elmélete épült. Ez azon ritka esetek egyike, amikor az eredeti felfedezést Amerikában tették, majd később Európában alkalmazták. Szinte mindig fordítva történt.

A kísérlet célja a két pályán áthaladó fény összehasonlítása, amelyek közül az egyik egybeesik a test mozgási irányával az éterben, a másik pedig merőleges rá.

A B lemez áttetsző. Ezen a nyaláb két koherens, merőleges sugárra oszlik, amelyek a D és C tükrökhöz mennek. Az interferométerben két koherens nyaláb találkozik, amelyek az elválasztási ponttól eltérő utakon haladtak el.

Ha ezeket az utakat egyszerre járják be, akkor egy fázisban jutnak el a találkozási ponthoz és erősítik egymást. Ha más időre, akkor a találkozási ponton a fáziskülönbség és az oszcillációk megváltoznak. Az interferenciát megfigyelve következtetést vonhatunk le az interferométerbe érkező koherens hullámok fáziskülönbségére, és innen számíthatjuk ki az egyik hullám késleltetési idejét a másikhoz viszonyítva. Ezt Michelson és Morley csinálta. A 19. század egyik legfigyelemreméltóbb kísérlete volt. Lényegében egyszerű, ez a tapasztalat a tudomány forradalmához vezetett.

Hagyja, hogy a készülék az éterhez képest v sebességgel mozduljon el a váll BC irányába. A fény sebessége az éterhez viszonyítva c. Az a teljes idő, amely alatt a C tükörhöz és visszafelé vezető út meg fog haladni, egyenlő lesz:

A D útvonal tükrözéséhez BDB /

Itt v a Föld sebessége a Nap körüli pályáján (~30 km/s). Ezért, ha a készülék a földön van, akkor . Tekintettel a kifejezés kicsinyességére, a kifejezések sorozatokba bővíthetők:

Kapunk:

A sugarak útjában a különbség egyenlő:

Most forgassuk el a készüléket 90°-kal úgy, hogy a BD kar egybeessen a mozgás irányával, a BC kar pedig merőleges legyen. Az útkülönbségre a következőket kapjuk:

A sugarak útjában bekövetkezett különbség teljes változása az eszköz elforgatásakor:

A kísérletben az eszköz lassan forgott, mivel az eszköz valódi mozgása az éterhez képest ismeretlen volt. Így, ha az eszközt 360°-ban elforgatják, mindegyik kar kétszer esik egybe a mozgás irányával, és kétszer válik merőlegessé a mozgás irányára. Ha az eszköz elforgatásakor megváltozik a sugarak útjában a különbség, akkor a látómezőben az interferenciaperemek helyzetének is változnia kell. Becsüljük meg az eltolódás nagyságát.

Az interferencia peremeinek eltolódásához viszonyítva:

a sávok közötti távolság, és ez könnyen megfigyelhető és mérhető.

De kísérletileg nem találtak hatást. A Föld abszolút sebességét lehetetlennek bizonyult kimutatni.

Kiderült, hogy a fény sebessége minden irányban azonos, és nincs éteri szél. A sebesség hossz- és keresztirányú összetevői mindig egyenlőek egymással. A lézerek megjelenésével a kísérletek pontossága jelentősen javult.

Kísérletek kimutatták, hogy a fény sebessége nem adódik össze sem a forrás, sem a vevő sebességével.

A fénysebesség állandósága mélyen ellentmond a kísérletek szokásos elképzeléseinek és a Galilei-transzformációkon alapuló sebesség-összeadás képleteinek. A fénysebességnél jóval kisebb sebességeknél az eltérések nem figyelhetők meg, mivel nagyon kicsik. A sebességek összeadási képletének helytelensége akkor nyilvánul meg, ha a sebességek kellően nagyok. Az eltéréseket először 1860-ban fedezték fel Fizeau kísérletei során.