Pada tahun 1881, Michelson melakukan eksperimen terkenal, dengan bantuan yang ia harapkan untuk mendeteksi pergerakan Bumi relatif terhadap eter (angin eterik). Pada tahun 1887, Michelson mengulangi eksperimennya dengan Morley pada perangkat yang lebih sempurna. Pengaturan Michelson-Morley ditunjukkan pada Gambar. 150.1. Sebuah dasar bata menopang palung besi cor berbentuk lingkaran yang diisi dengan merkuri. Pelampung kayu, berbentuk seperti bagian bawah donat yang dipotong sepanjang panjangnya, mengapung di atas air raksa. Sebuah lempengan batu persegi besar dipasang di pelampung ini. Perangkat semacam itu memungkinkan untuk memutar pelat dengan mulus di sekitar sumbu vertikal perangkat. Interferometer Michelson dipasang pada pelat (lihat Gambar 123.1), dimodifikasi sehingga kedua balok, sebelum kembali ke pelat semitransparan, beberapa kali melewati jalur bolak-balik yang bertepatan dengan diagonal pelat. Jalur sinar ditunjukkan pada Gambar. 150.2. Sebutan dalam gambar ini sesuai dengan yang ada di gambar. 123.1.
Percobaan didasarkan pada pertimbangan berikut. Misalkan bahu interferometer (Gbr. 150.3) bertepatan dengan arah gerakan Bumi relatif terhadap eter. Maka waktu yang diperlukan balok untuk menempuh lintasan menuju cermin dan kembali akan berbeda dengan waktu yang diperlukan balok 2 untuk bergerak.
Akibatnya, meskipun panjang kedua lengan sama, balok 1 dan 2 akan memperoleh perbedaan lintasan tertentu. Jika Anda memutar perangkat 90 °, lengan akan bertukar dan perbedaan perjalanan akan berubah tanda. Ini akan menyebabkan pergeseran pola interferensi, yang besarnya, seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan Michelson, dapat dengan mudah dideteksi.
Untuk menghitung perpindahan yang diharapkan dari pola interferensi, mari kita cari waktu tempuh dari jalur yang sesuai oleh sinar 1 dan 2. Biarkan kecepatan Bumi relatif terhadap eter.
Jika eter tidak terbawa oleh Bumi dan kecepatan cahaya relatif terhadap eter sama dengan c (indeks bias udara praktis sama dengan satu), maka kecepatan cahaya relatif terhadap perangkat akan sama dengan c - v untuk arah dan c + v untuk arah. Oleh karena itu, waktu untuk sinar 2 ditentukan oleh ekspresi
(kecepatan gerak orbit bumi adalah 30 km / s, oleh karena itu
Sebelum kita mulai menghitung waktu, perhatikan contoh berikut dari mekanika. Biarkan perahu, yang mengembangkan kecepatan sehubungan dengan air, perlu menyeberangi sungai yang mengalir dengan kecepatan v, dalam arah yang persis tegak lurus dengan tepiannya (Gambar 150.4). Agar perahu bergerak ke arah tertentu, kecepatannya terhadap air harus diarahkan seperti yang ditunjukkan pada gambar. Oleh karena itu, kecepatan perahu relatif terhadap pantai akan sama dengan (seperti yang disarankan oleh Michelson) kecepatan sinar 1 relatif terhadap perangkat.
Oleh karena itu, waktu untuk sinar 1 adalah
Mengganti nilai (150.1) dan (150.2) untuk dalam ekspresi, kami memperoleh perbedaan jalur sinar 1 dan 2:
Ketika instrumen diputar 90 °, perbedaan perjalanan akan berubah tanda. Akibatnya, jumlah pinggiran di mana pola interferensi akan dipindahkan adalah:
Panjang lengan I (dengan memperhitungkan beberapa refleksi) adalah 11 m Panjang gelombang cahaya dalam percobaan Michelson dan Morley adalah 0,59 m. Substitusi nilai-nilai ini ke dalam rumus (150.3) memberikan garis-garis.
Perangkat memungkinkan untuk mendeteksi pergeseran urutan 0,01 pinggiran. Namun, tidak ada perpindahan pola interferensi yang ditemukan. Untuk mengecualikan kemungkinan bahwa pada saat pengukuran bidang cakrawala akan tegak lurus terhadap vektor kecepatan orbit Bumi, percobaan diulangi pada waktu yang berbeda dalam sehari. Selanjutnya, percobaan dilakukan berkali-kali pada waktu yang berbeda sepanjang tahun (selama tahun vektor kecepatan orbit Bumi berputar di luar angkasa sebesar 360 °) dan selalu memberikan hasil negatif. Angin eterik tidak dapat dideteksi. Siaran dunia tetap sulit dipahami.
Beberapa upaya telah dilakukan untuk menjelaskan hasil negatif dari eksperimen Michelson tanpa mengabaikan hipotesis eter dunia. Namun, semua upaya ini tidak dapat dipertahankan. Penjelasan konsisten yang lengkap dari semua fakta eksperimental, termasuk hasil eksperimen Michelson, diberikan oleh Einstein pada tahun 1905. Einstein sampai pada kesimpulan bahwa eter dunia, yaitu lingkungan khusus yang dapat berfungsi sebagai kerangka acuan mutlak, tidak tidak ada. Sesuai dengan ini, Einstein memperluas prinsip mekanika relativitas ke semua fenomena fisik tanpa kecuali. Selanjutnya, Einstein mendalilkan sesuai dengan data eksperimen bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sama di semua kerangka acuan inersia dan tidak bergantung pada pergerakan sumber cahaya dan penerima.
Prinsip relativitas dan prinsip keteguhan kecepatan cahaya membentuk dasar teori relativitas khusus yang diciptakan Einstein (lihat Bab VIII jilid 1).
Sebelum masuk ke detail interferometer Michelson, mari kita lihat dari atas dan mencoba memahami apa yang menyebabkan meremehkan efek penyimpangan cahaya.
Di sebelah kiri pada Gambar. 1 menunjukkan jalur penuh sinar cahaya, di sebelah kanan pada gambar yang sama ada diagram yang disederhanakan yang diadopsi oleh sains modern. Pada gambar kanan, kita melihat dasar persegi instrumen, di mana sumber cahaya ditetapkan, sistem cermin yang berulang kali memantulkan berkas cahaya, dan instrumen optik (Michelson menyebutnya "teleskop") untuk mengamati interferensi. gambar. Sebuah sistem cermin diperlukan untuk meningkatkan jalur optik balok interferensi, yang berhubungan langsung dengan perbedaan fasa. Namun, cermin tidak penting secara mendasar: mungkin ada lebih atau kurang dari mereka.
 |
Beras. satu. Jalur sinar cahaya dalam interferometer Michelson... Pada gambar di sebelah kanan, sinar 1 dari sumber cahaya 0 merambat searah dengan gerakan bumi; sinar 2 adalah sinar 1 yang dipantulkan dari cermin C. Sinar 3, dipantulkan dari cermin A, menjadi sinar 4. Seperti dicatat Michelson, jalur optik yang dilalui oleh sinar 1-2 tidak sama dengan jalur optik yang dilalui oleh sinar 3-4. Oleh karena itu, bertemu di titik B, mereka akan memberikan pinggiran interferensi, yang jaraknya sebanding dengan perbedaan antara lintasan balok 1-2 dan balok 3-4. Di dalam tradisional diagram, yang direproduksi di semua buku teks yang menceritakan tentang percobaan Michelson-Morley, sudut penyimpangan sebenarnya adalah sudut . Efek aberasi dibandingkan dengan efek "melayang" berkas cahaya dalam satu arah atau lainnya, tergantung pada pergerakan sumber atau penerima. Sayangnya, ketika memilih tanda pembelokan sinar 3, terjadi kesalahan: pada diagram, sinar 3 dibelokkan ke kanan, sebenarnya harus dibelokkan ke kiri (sinar 3 ").
Dalam buku pelajaran sekolah, penyimpangan dijelaskan melalui pancaran air yang turun dari jendela samping mobil yang bergerak. Pancaran ini membentuk sudut lancip dengan arah vektor gerak kendaraan. Bahkan, bayangkan Anda sedang duduk di dalam mobil yang bergerak di sepanjang jalan. Tetesan hujan di jendela samping interior mobil menggambar garis miring, saat segitiga kecepatan terbentuk: kaki horizontal v 1 - kecepatan kendaraan; kaki vertikal v 2 - kecepatan jatuh dari atas ke bawah. Maka sisi miring dari segitiga ini adalah jumlah vektor dari kedua kecepatan tersebut. Ini adalah bagaimana efek penyimpangan memanifestasikan dirinya.
Menurut fenomena ini, para astronom, ketika mengamati bintang, sedikit memutar teleskop mereka ke arah gerakan Bumi. Jika tidak, bagian muka gelombang yang telah memasuki lensa teleskop tidak akan mencapai lensa okulernya. Selain itu, besarnya penyimpangan tergantung pada lokasi bintang di langit malam. Bintang-bintang yang berada tepat di atas kepala kita, sepanjang tahun menggambarkan lingkaran beraturan dengan radius penyimpangan penyimpangan sudut = 20,45". Bintang yang terletak pada jarak sudut tertentu dari zenit menggambarkan elips. Bintang di cakrawala, yaitu terletak di bidang ekliptika (orbit bumi), berosilasi pada garis lurus dengan simpangan sudut yang sama ± .
Beras. 2. Inti dari efek penyimpangan cahaya... Sebuah bintang yang arahnya tegak lurus terhadap bidang orbit bumi ternyata tergeser searah gerak bumi dengan sudut = 20,45". Oleh karena itu, tabung teleskop harus miring membentuk sudut. ke arah vertikal.Efek aberasi dijelaskan oleh fakta bahwa berkas cahaya memasuki lensa teleskop pada titik SEBUAH, harus mencapai lensa mata pada titik V sehingga dapat dilihat oleh pengamat duniawi. Sudut kemiringan ditentukan jumlah vektor dua kecepatan- kecepatan cahaya C dan kecepatan bumi dalam orbit v, sehingga kecepatan cahaya di dalam tabung teleskop ( C ") pada segmen AC ditentukan oleh rumus Pythagoras, yaitu pada rumus klasik untuk penambahan kecepatan - (C² – v²) (Klarifikasi ini dipinjam dari artikel yang saya tulis sebelumnya Argumen utama melawan teori relativitas).
Pada bagian pertama dari karya ini, berulang kali ditekankan bahwa pemahaman yang benar dari eksperimen Michelson-Morley berasal dari pertimbangan sifat gelombang cahaya - dan memang demikian. Namun, harus juga diingat bahwa fenomena penyimpangan juga dapat diamati pada contoh objek titik. Kita tidak boleh lupa bahwa J. Bradley, penemu aberasi, menurut teori optik Newton, merepresentasikan cahaya dalam bentuk sel darah.
Jadi, dalam contoh dengan teleskop atau mobil, yang bergerak adalah penerima... Kami ulangi, jika sinar dari bintang atau tetesan hujan jatuh secara vertikal ke bawah, maka karena pergerakan penerima, terbentuk sudut lancip , yang akan diendapkan dari normal ke samping. ke arah pergerakan penerima... Nah, apa yang terjadi jika itu bergerak sumber? Bayangkan air mancur dipasang di badan mobil, yang pancarannya diarahkan secara vertikal ke atas. Saat mobil bergerak, jet ini secara alami menyimpang ke belakang. Akibatnya, sudut penyimpangan , ketika sumber cahaya bergerak, harus ditangguhkan dari normal di . sisi yang berlawanan dari vektor kecepatan sumber.
Jadi, pada Gambar. 1 sinar 3 dari sumber cahaya 0 tidak akan menuju titik A, tetapi menuju titik D. Michelson keliru. Di kepalanya ada gambar sungai dengan dua perahu yang bergerak mengikuti arus. Untuk gambar inilah ia menghitung waktu tempuh sinar dalam perangkat dan memperoleh perbedaan fase. Tapi ini tidak menghilangkan kekurangan gambarnya dan, akibatnya, perhitungannya.
Secara lahiriah, pola Michelson dari jalur sinar di interferometer, diambil dari pekerjaan (lihat gambar di sebelah kanan), menyerupai gambar dari optik geometris, ketika semua sudut pantul sama dengan sudut datang. Tetapi dengan adanya penyimpangan, hukum ini dilanggar. Seberkas sinar yang jatuh pada cermin semitransparan dengan sudut 45° tidak akan dipantulkan lagi pada sudut yang sama, tetapi pada sudut yang berbeda: 45° + . Oleh karena itu, dalam kasus perjalanan singkat sumber, penerima, dan sistem cermin tidak dapat lagi digunakan oleh hukum optik geometris hanya berlaku untuk Perlengkapan tulis kasus.
Dalam sistem bergerak, konsep "jalur optik" dimodifikasi. Dalam hal ini, perlu memperhitungkan efek aberasi dan efek Doppler, yang tidak diperhitungkan dalam optik sumber cahaya stasioner dan sensor penerima. Jalur sinar tradisional dalam interferometer tidak cocok untuk menghitung perbedaan fase, yang bertanggung jawab atas pola interferensi. Itu diambil langsung dari contoh kapal Michelson yang terhempas oleh arus sungai. Dengan sinar cahaya, situasinya benar-benar berbeda. Mereka menyebar dalam media ethereal stasioner, sementara sumber dan penerima getaran cahaya bergerak.
Sebelum mempelajari detail interferometer dan pengaturan eksperimental, mari kita lihat apa yang terjadi sehari sebelumnya. Untuk tujuan ini, kami akan mengutip kutipan dari sebuah artikel oleh Michelson dan Morley, yang ditulis berdasarkan eksperimen pada tahun 1887.
“Menurut Fresnel,” tulis para penulis, “dalam teori gelombang, eter, pertama, diasumsikan diam, dengan pengecualian interior media transparan, di mana, kedua, dianggap bergerak pada kecepatan kurang dari kecepatan medium dalam kaitannya dengan ( n² - 1) / n², dimana n adalah indeks bias. Kedua hipotesis ini memberikan penjelasan yang lengkap dan memuaskan untuk penyimpangan tersebut. Hipotesis kedua, meskipun tampaknya tidak masuk akal, harus dianggap terbukti sepenuhnya, pertama, oleh eksperimen Fizeau yang luar biasa dan, kedua, oleh penelitian kami sendiri. Verifikasi eksperimental hipotesis pertama adalah tujuan dari pekerjaan ini.
Jika Bumi adalah benda transparan, maka, dengan mempertimbangkan eksperimen yang baru saja disebutkan, mungkin dapat diasumsikan bahwa eter antarmolekul diam di ruang angkasa, terlepas dari gerakan orbit Bumi; tetapi kami tidak berhak memperluas kesimpulan dari eksperimen ini ke benda buram. Namun, hampir tidak ada keraguan bahwa eter dapat dan memang melewati logam. Lorenz mengutip tabung manometer air raksa sebagai ilustrasi. Ketika tabung dimiringkan, eter di ruang di atas merkuri pasti didorong keluar dari sana, karena tidak dapat dimampatkan. Tetapi sekali lagi, kita tidak berhak berasumsi bahwa itu keluar sepenuhnya dengan bebas, dan jika ada beberapa perlawanan, meskipun lemah, kita tentu saja tidak dapat percaya bahwa benda buram, seperti Bumi secara keseluruhan, menyediakan jalan bebas hambatan. eter melalui semua massa ini. Tetapi, seperti yang dicatat oleh Lorenz dengan tepat, “namun, menurut pendapat saya, dalam hal ini, yang juga penting, lebih baik tidak membiarkan diri Anda dipandu oleh pertimbangan berdasarkan masuk akal atau kesederhanaan hipotesis, tetapi beralih ke pengalaman. untuk mempelajari bagaimana mengenali keadaan diam atau gerak di mana eter berada di permukaan bumi.
Pada bulan April 1881, sebuah metode diusulkan dan diuji untuk mengatasi masalah ini.
Ketika menurunkan rumus untuk besaran yang diukur, maka pengaruh gerakan Bumi melalui eter pada jalur sinar yang tegak lurus terhadap gerakan ini diabaikan. Diskusi tentang penghilangan ini dan seluruh eksperimen adalah subjek dari analisis yang sangat mendalam dari GA Lorentz, yang menemukan bahwa efek ini tidak dapat diabaikan. Akibatnya, pada kenyataannya, nilai yang akan diukur hanya setengah dari nilai yang diharapkan, dan karena yang terakhir sudah hampir melampaui kesalahan eksperimental, kesimpulan yang diambil dari hasil percobaan dapat dipertanyakan secara menyeluruh. Namun, karena bagian utama dari teori tidak diragukan lagi, diputuskan untuk mengulangi percobaan dengan perubahan sedemikian rupa yang akan memberikan keyakinan bahwa hasil teoretis cukup besar untuk tidak disembunyikan oleh kesalahan eksperimental.
“Bahkan Fresnel, dalam surat yang dikutip di atas, di mana konsep koefisien entrainment diperkenalkan, menunjukkan bahwa adopsi nilai k = (n² - 1) / n² memungkinkan Anda untuk menjelaskan tidak adanya pengaruh gerakan Bumi pada beberapa fenomena optik, bahkan jika kita mengenali imobilitas eter, yaitu. secara eksplisit menolak perluasan prinsip relativitas ke elektrodinamika. Di masa depan, pertanyaan tentang koefisien hambatan menjadi titik sentral dari teori. Menyadari bahwa premis Fresnel awal (kerapatan eter yang berbeda dalam benda yang berbeda dengan elastisitas yang sama) tidak cukup dibuktikan, peneliti selanjutnya mencoba memberikan interpretasi dinamis dari efek hambatan berdasarkan model lain.
Stokes mencatat bahwa koefisien Fresnel dapat diperoleh jika kita mengasumsikan bahwa semua eter bergerak di dalam tubuh, dan eter yang memasuki Bumi atau benda lain dari depan segera dikompresi, dan eter yang meninggalkan tubuh dikeluarkan.
Dari sini menjadi jelas bahwa Michelson dan Morley benar-benar menguji ide Stokes ini, yang juga disukai Lorenz. Menurut model Fresnel, eter tidak menyebabkan angin: benda fisik menciptakan ketidakhomogenan dalam kepadatan eter, yang bergerak mengelilingi Matahari dengan kecepatan orbit Bumi, tetapi eter itu sendiri dalam keadaan diam. Frankfurt dan Frank dengan tepat mencatat bahwa jika Anda menerima ini, itu berarti "secara eksplisit menolak untuk memperluas prinsip relativitas ke elektrodinamika." Sementara itu, pada saat masalah akut ini dibahas, prinsip relativitas total telah dinyatakan oleh Mach. Mereka yang setuju dengannya secara otomatis beralih ke posisi Stokes dan Lorentz, yang menganut konsep yang sama sekali tidak baru.
Menurut ide-ide lama, Bumi, ketika bergerak mengelilingi Matahari, harus dihembuskan oleh media halus, seperti bola terbang yang ditiup oleh udara. Tidak peduli seberapa habisnya eter akibat gesekan, Bumi dan planet lain cepat atau lambat akan jatuh ke Matahari. Namun, para astronom tidak melihat adanya perlambatan dalam pergerakan mereka: setiap tahun berikutnya persis sama dengan tahun sebelumnya. Masalah ini diperparah oleh fakta bahwa fisikawan menetapkan bahwa cahaya adalah osilasi medan listrik dan magnet yang diarahkan tegak lurus terhadap berkas propagasi. Ditemukan bahwa seperti melintang fluktuasi hanya mungkin terjadi di benar-benar solid tubuh. Apakah ini berarti bahwa planet-planet dan semua benda lainnya bergerak dalam benda padat? Absurd!
Pada masa Michelson, tidak ada objek yang bisa dijadikan model untuk gerakan semacam ini. Saat ini, pengetahuan tentang dunia telah berkembang secara signifikan. Saat mempelajari fisika semikonduktor, mekanisme ditemukan yang memungkinkan simulasi situasi yang dijelaskan di atas. Misalnya, pada suhu rendah di germanium, yang disebut kegembiraan... Ini kuasipartikel bergerak dalam semikonduktor tanpa mentransfer zat semikonduktor.
Dengan demikian, eksitasi energi terbentuk dalam padatan, yang analog dengan atom hidrogen dan dijelaskan oleh karakteristik yang sesuai: jari-jari Bohr dari orbit, momentum, massa, dll. Dalam kondisi tertentu, seseorang dapat memperoleh biexcitons- analog helium, triexcitons- analog lithium. Fisikawan menemukan cairan eksitonik yang akan tetes; tetes dapat menguap. Singkatnya, fisika keadaan padat berurusan dengan mekanik zat super, yang dibangun di atas zat biasa.
Namun, bahkan di masa Michelson, banyak fisikawan yang berpikir secara konstruktif percaya bahwa atom dan molekul materi biasa dibentuk oleh vortisitas atau beberapa eksitasi yang lebih kompleks dari medium eter. Misalnya, J.J. Thomson mencoba memodelkan elektron dan atom menggunakan vortisitas dan tabung Faraday (lihat. Materi dan Eter , Listrik dan Materi dan juga bermanfaat untuk dibaca). Fisikawan seperti dia sangat memahami bahwa tidak ada "angin eterik" yang dapat dicatat. Bumi dan segala sesuatu di atasnya (nyalakan interferometer Michelson) terbang di ruang terbuka seperti gelombang yang meluncur di atas permukaan laut.
Sulit untuk mengatakan mengapa eksperimen Michelson-Morley membuat kesan yang begitu kuat pada kaum relativis. Lagi pula, bahkan Mascar, setelah melakukan serangkaian percobaan besar pada tahun 1869 - 1874. menyimpulkan: "Fenomena pemantulan cahaya, difraksi, pembiasan ganda dan rotasi bidang polarisasi sama-sama tidak mampu mengungkapkan gerak translasi Bumi ketika kita menggunakan cahaya Matahari atau sumber bumi." Timbul pertanyaan, mengapa perlu mengharapkan sesuatu yang luar biasa dari pola interferensi yang didapat pada setup Michelson? Frankfurt dan Frank mengingat bahwa selain Miller yang disebutkan di atas, yang memperoleh hasil positif, eksperimen serupa dilakukan oleh Rayleigh (1902) dan Bres (1905), yang mengkonfirmasi hasil negatif Michelson. Jelas bahwa perbedaan dalam interpretasi eksperimen, tingkat kesalahpahaman dan ketidakpercayaan hasil empiris sangat tergantung pada pandangan dunia fisikawan.
Perbedaan pendekatan epistemologis antara kaum formalis-fenomenalis dan rasionalis-konstruktivis dapat dibicarakan sejak lama. Tetapi sekarang penting untuk dipahami bahwa pandangan dunia Lorentz condong ke yang pertama, dan J.J. Thomson - ke yang terakhir. Dalam teori elektroniknya, Lorentz, tidak seperti J.J. Thomson, mewakili elektron sebagai titik matematika dan tidak memeras otaknya atas struktur internalnya. Dia juga percaya bahwa atom suatu zat ada dengan sendirinya, dan medium eterik - dengan sendirinya. Pemikirannya diresapi dengan simbolisme abstrak, di dalamnya sedikit ruang yang diberikan untuk representasi visual. Fisika dari fenomena itu hilang di balik perhitungan matematis yang panjang.
Eksperimen Hippolyte Louis Fizeau (1819 – 1896), yang dilakukan pada tahun 1851 dan diulangi oleh Michelson pada tahun 1886, berkaitan dengan penentuan kecepatan cahaya dalam medium yang bergerak. Skema percobaan yang disederhanakan terlihat seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 16 diambil dari buku.
ARA. enambelas. Cahaya dari sumber L, membelah menjadi dua balok, melewati pipa di mana air mengalir dengan kecepatan kamu... Karena perbedaan lintasan sinar di titik SEBUAH muncul pinggiran interferensi yang dapat digeser dengan mengubah arah kecepatan kamu... Secara teori, kecepatan yang dihasilkan harus ditemukan sesuai dengan rumus dasar untuk menambahkan dua kecepatan: V = c "± u, di mana c "= c / n- kecepatan cahaya dalam medium dengan indeks bias n... Namun, percobaan menunjukkan bahwa rumus ini tidak cocok untuk menghitung V.
Kita ingat bahwa jika kecepatan cahaya dalam ruang hampa dilambangkan dengan C, maka dalam medium dengan indeks bias n itu akan berkurang: c "= c / n... Di udara, seperti di ruang hampa, itu sama dengan c "= c= 300.000 km / s, karena indeks bias udara adalah n dekat dengan satu; untuk air n= 1,33 dan C "= 225.000 km / s, dan untuk intan n= 2,42 dan C "= 124.000 km/s. Ternyata semakin padat medium, semakin rendah kecepatan cahaya (kerapatan berlian 3,5 kali lebih tinggi dari air). Dalam akustik, secara umum, hubungan terbalik diamati. Jika suara merambat di udara dengan kecepatan 331 m / s, maka di air - 1482 m / s, dan di baja - 6000 m / s. Namun, ketergantungan kecepatan gelombang akustik pada kerapatan medium tidak begitu jelas dan tergantung pada struktur materi(lihat tabel 3 Pengantar akustik).
Fizeau menunjukkan bahwa ketika media air mulai bergerak, kecepatan cahaya di dalamnya ditemukan sesuai dengan rumus "relativistik" untuk penambahan dua kecepatan:
di mana kamu= 7 m / s, di mana tidak ada pusaran turbulen yang terbentuk. Di salah satu bagian pipa, kecepatan pergerakan air kamu bertepatan dengan kecepatan C " dan kemudian muncul dalam rumus, tidak bertepatan di area lain, dan kemudian "-" diletakkan.
Tetapi tentang interpretasi "relativistik" apa pun dari formula terakhir di pertengahan abad ke-19 adalah mustahil. Nilai perkiraannya menghasilkan interpretasi, di mana ketergantungan yang lebih kompleks dari kecepatan yang dihasilkan disembunyikan V pada panjang gelombang radiasi cahaya. Ekspresi dalam tanda kurung disebut koefisien drag, yang disimpulkan dan dijelaskan oleh Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827) pada tahun 1818, setelah eksperimen yang dilakukan oleh Dominique François Jean Arago (1786 - 1853).
Arago bereksperimen dengan prisma kaca yang bergerak sambil mengukur sudut aberasi. Dia menghitung bahwa dua vektor kecepatan yang sudah dikenal akan ditambahkan dan dikurangkan dengan cara biasa: V = c "± u... Kemudian, sesuai dengan logika percobaan, sudut penyimpangan seharusnya berubah. Namun dengan ketelitian satu detik busur, nilai = 20,45" yang ditemukan J. Bradley tidak berubah.
Tujuan percobaan dapat dirumuskan secara berbeda dan memecahkan masalah kebalikan: bagaimana indeks bias prisma di Bumi, yang bergerak dengan kecepatan 30 km / s, berubah jika cahaya dari bintang tetap dilewatkan melalui prisma. Maka kesimpulan negatif dari rumusan masalah ini terlihat seperti ini: indeks bias prisma tidak berubah.
Fresnel menerima bahwa gelombang cahaya memakai membujur karakter, seperti gelombang akustik ( melintang sifat gelombang cahaya ditetapkan olehnya pada tahun 1821). Kecepatan suara dalam zat tertentu, seperti yang sudah kita ketahui ( Pengantar akustik), tergantung pada densitas zat. Kepadatan berlebih muncul sebagai akibat dari berbagai jenis eksitasi medium, misalnya, pusaran udara dan air. Jika gelombang akustik dilewatkan melalui gelombang yang bergerak dengan kecepatan kamu pusaran, maka kecepatan suara mereka di dalam pusaran akan bereaksi terhadap kepadatan berlebih sesuai dengan rumus "relativistik". Tampaknya semua udara yang terkandung di dalamnya berputar-putar dalam pusaran dan terbawa bersama pusaran itu. Jika demikian, kecepatan yang dihasilkan akan ditentukan oleh rumus penambahan kecepatan "klasik", tetapi ini tidak terjadi. Pada tingkat teoretis formal yang tinggi, Fresnel berhasil menggambar paralel antara fenomena optik dan akustik. Dia menunjukkan bahwa hanya kelebihan kerapatan eter dalam benda-benda material dibandingkan dengan kerapatan eter di ruang terbuka yang dapat diseret.
Teori gelombang Fresnel, yang menjelaskan berbagai macam masalah optik, termasuk difraksi dan polarisasi, memerintah dengan tenang selama masa hidupnya dan kemudian selama hampir dua dekade setelah kematiannya. sekolah perancis ahli kacamata, terutama dalam sosok Arago, Fresnel, Foucault dan Fizeau, jelas mendominasi dunia. Inggris, saingan abadi Prancis, memandang dengan iri pada keberhasilan lawan mereka, tidak hanya di bidang ilmiah, tetapi juga budaya, politik, dan militer.
Fresnel menurunkan koefisien sebagian entrainment, beroperasi dengan dua karakteristik eter yang menentukan kecepatan cahaya. Ini adalah miliknya elastisitas, yang tetap tidak berubah untuk media bergerak, dan bervariasi kepadatan... Orang Inggris George Gabriel Stokes (1891 - 1903) pada pertengahan 1840-an pertama kali mengungkapkan gagasan itu menyelesaikan entrainment eter dengan memindahkan benda-benda seperti, misalnya, sebagai planet kita. Dalam melakukannya, ia mengandalkan karakteristik mekanis ketiga dari eter - viskositas... Pada tahun 1849 ia menerbitkan karya fundamental "Pada teori gesekan internal dalam fluida yang bergerak dan pada keseimbangan dan gerak padatan elastis", di mana ia memperoleh persamaan diferensial yang terkenal untuk menggambarkan gerak cairan kental.
Stokes percaya bahwa Bumi sepenuhnya membawa eter tidak hanya di dalam volumenya, tetapi juga jauh di luar permukaannya. Seberapa tinggi lapisan eter yang dibawa oleh planet ini tidak diketahui. Miller, mencoba mengukur kecepatan angin eter, mencoba naik bersama dengan interferometer setinggi mungkin: mungkin ada angin bertiup tinggi di pegunungan atau di ketinggian penerbangan pesawat. Eksperimen Fizeau tahun 1851 bagus justru karena secara meyakinkan membuktikan ketidakkonsistenan teori Stokes dan validitas teori Fresnel.
Pada tahun 1868, orang Inggris yang terkenal, James Clerk Maxwell (1831-1879), sendiri melakukan eksperimen yang mirip dengan yang dilakukan Fizeau. Namun, sebagai hasil eksperimen, ia terpaksa mengakui kemenangan untuk teori Fresnel. Karena eksperimen Fizeau berurusan dengan efek orde pertama di , Maxwell menyarankan bahwa efek di ² mungkin akan terasa di masa depan, ketika fisikawan belajar mengukur jumlah kecil seperti itu.
Eksperimen berikut, yang dilakukan oleh orang Inggris George Biddel Airy (1801-1892) pada tahun 1871, mengukur penyimpangan bintang ketika diamati melalui teleskop yang diisi air, juga mengkonfirmasi kebenaran Fresnel. Akhirnya, percobaan tahun 1886, yang dilakukan oleh Michelson dan Morley, menurut skema yang mendekati pengaturan eksperimental Fizeau pada tahun 1851, sekali lagi membuktikan validitas teori entrainment eter parsial. Beginilah cara Michelson membicarakannya pada konferensi ulang tahun 1927:
“Pada tahun 1880, saya memikirkan kemungkinan untuk mengukur kecepatan optik dari v pergerakan bumi dalam tata surya. Upaya awal untuk mendeteksi efek orde pertama didasarkan pada gagasan tentang sistem yang bergerak melalui eter stasioner. Efek orde pertama proporsional v / c, di mana C adalah kecepatan cahaya. Berdasarkan gagasan tentang eter lama yang dicintai (yang sekarang ditinggalkan, meskipun saya pribadi masih menganutnya), satu kemungkinan diharapkan, yaitu bahwa penyimpangan cahaya harus berbeda untuk teleskop yang diisi dengan udara atau air. Namun, percobaan telah menunjukkan, bertentangan dengan teori yang ada, bahwa perbedaan seperti itu tidak ada.
Teori Fresnel adalah yang pertama menjelaskan hasil ini. Fresnel menyarankan bahwa zat tersebut menangkap eter, sebagian (entrainment eter), memberikannya kecepatan v, jadi v "= kv... Dia mengidentifikasi k- Koefisien Fresnel melalui indeks bias n: k = (n² - 1) / n². Koefisien ini mudah diperoleh dari hasil negatif percobaan berikut.
Dua berkas cahaya dilewatkan pada satu lintasan (0,1,2,3,4,5) dengan arah yang berlawanan dan membentuk pola interferensi. I adalah pipa yang diisi dengan air. Jika sekarang seluruh sistem bergerak dengan kecepatan v melalui eter, ketika pipa dipindahkan dari posisi I ke posisi II, pergeseran pinggiran interferensi harus diharapkan. Tidak ada perpindahan yang diamati. Dari percobaan ini, dengan mempertimbangkan hambatan parsial eter, koefisien Fresnel dapat ditentukan k... Ini juga dapat dengan sangat sederhana dan langsung disimpulkan dari transformasi Lorentz.
Hasil yang diperoleh Fresnel diakui oleh semua peneliti sebagai universal. Maxwell menunjukkan: jika efek orde pertama yang diharapkan tidak ditemukan, maka mungkin ada efek orde kedua yang sebanding dengan v²/ C². Kemudian di v= 30 km / s untuk gerakan orbit bumi v / c= 10 –4 kita punya v²/ C² = 10 –8. Nilai ini, menurut Maxwell, terlalu kecil untuk diukur.
Tampaknya bagi saya, bagaimanapun, bahwa dengan menggunakan gelombang cahaya seseorang dapat merancang perangkat yang tepat untuk mengukur efek orde kedua seperti itu. Saya datang dengan perangkat yang termasuk cermin, bergerak dengan kecepatan v melalui eter. Dalam perangkat ini, dua berkas cahaya disebarkan. Yang pertama bolak-balik sejajar dengan vektor v, yang kedua lewat tegak lurus terhadap vektor kecepatan v... Menurut teori klasik perubahan jalur cahaya yang disebabkan oleh kecepatan v, harus berbeda untuk balok memanjang dan melintang. Ini harus menghasilkan pergeseran yang cukup besar di pinggiran. ...
Saat perangkat bergerak dengan kecepatan v melalui eter, efek yang sama akan muncul dalam terang seperti dengan gerakan perahu mengambang hilir dan hulu sungai, dan bolak-balik melintasi arus. Waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak maju dan mundur akan berbeda untuk kedua kasus. Hal ini mudah dilihat dari pertimbangan berikut. Berapapun kecepatan sungai, perahu akan selalu kembali ke tempat asalnya, jika saja perahu itu bergerak di seberang sungai sungai. Jika perahu bergerak di sepanjang aliran, maka dia mungkin tidak lagi mencapai tempat di mana dia mulai ketika dia berenang melawan arus.
Saya mencoba melakukan eksperimen di laboratorium Helmholtz di Berlin, tetapi getaran jalan raya kota tidak memungkinkan posisi pinggiran interferensi menjadi stabil. Peralatan dipindahkan ke laboratorium di Potsdam. Saya lupa nama sutradara (saya pikir itu Vogel), tetapi saya ingat dengan senang hati bahwa dia segera menunjukkan minat pada eksperimen saya. Dan meskipun dia belum pernah melihat saya sebelumnya, dia menempatkan seluruh laboratorium, bersama dengan stafnya, untuk saya gunakan. Di Potsdam, saya mendapat hasil nol. Akurasinya tidak terlalu tinggi karena jalur optiknya sekitar 1 m. Namun, menarik untuk dicatat bahwa hasilnya cukup baik.
Ketika saya kembali ke Amerika, saya cukup beruntung di Cleveland untuk menjalin kemitraan dengan Profesor Morley. Perangkat ini menggunakan prinsip yang sama dengan yang digunakan di Berlin. Benar, panjang jalur cahaya ditingkatkan dengan memasukkan sejumlah pantulan tertentu alih-alih satu lintasan sinar. Faktanya, panjang lintasan adalah 10 - 11 m, yang seharusnya, karena gerakan orbit Bumi melalui eter, memberikan pergeseran setengah pita. Namun, bias yang diharapkan tidak ditemukan. Pergeseran pita ditentukan menjadi kurang dari 1/20 atau bahkan 1/40 dari yang diprediksi oleh teori. Hasil ini dapat diartikan bahwa Bumi menangkap eter hampir seluruhnya, sehingga kecepatan relatif eter dan Bumi di permukaannya nol atau sangat kecil.
Asumsi ini, bagaimanapun, sangat meragukan, karena bertentangan dengan kondisi teoretis penting lainnya. Lorentz mengajukan penjelasan yang berbeda ( Kontraksi Lorentz), yang ia peroleh dalam bentuk akhirnya sebagai hasil dari yang terkenal Transformasi Lorentz... Mereka merupakan esensi dari semua teori relativitas» .
Dalam fragmen ini, Michelson mencerminkan tonggak utama formasi teori relativitas khusus... Seperti yang Anda lihat, kesalahan percobaan untuk mendeteksi penyimpangan eter berasal dari dua premis yang salah. Pertama-tama, penulis eksperimen salah percaya bahwa bahan lingkungan dunia dan bahan dari mana Bumi "dibuat" berbeda. Itulah sebabnya angin eterik harus diamati di permukaan planet ketika berputar mengelilingi Matahari. Kesalahan kedua berasal dari analogi yang salah antara pergerakan perahu di sungai dan arah balok di interferometer, yang telah dibahas di akhir subbagian sebelumnya.
Teori Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827), dibuat setelah interpretasi yang sukses dari eksperimen Arago tahun 1810 untuk mengukur kecepatan cahaya dalam lensa yang bergerak, menggunakan konsep entrainment eter parsial menjelaskan invariabilitas gambar interferensi dalam percobaan Fizeau. Dengan cara yang sama, perlu untuk menemukan alasan khusus untuk kekekalan gambar interferensi dalam percobaan Michelson-Morley. Lorentz, yang bekerja sama dengan Michelson, mengusulkan pengurangan dimensi linier benda fisik ke arah vektor v, yang, menurut pandangannya, mengikuti dari transformasi yang dia temukan. Namun, transformasi ini tidak memiliki makna fisik, terutama dalam interpretasi teori relativitas versi Einstein.
Alasan sebenarnya untuk hasil negatif terletak di tempat lain dan artinya adalah sebagai berikut. Jika sumber gelombang berada pada platform bergerak yang sama dengan penerima, maka karena kompensasi panjang gelombang, frekuensi dan periode osilasi akan tetap sama seperti ketika platform diam. Anda dapat memutar platform ini di sudut mana pun sehubungan dengan vektor pergerakannya - tetap saja, pola interferensi akan tetap tidak berubah, karena mekanisme kompensasi juga akan berfungsi dalam kasus ini. Argumen ini telah disebutkan, tetapi sangat penting bahwa mengingatkannya terlalu banyak tidak akan menyakiti, terutama, kaum relativis.
Pergerakan Bumi mengelilingi Matahari dan melalui eter. 
Diagram pengaturan eksperimental 
Ilustrasi pengaturan eksperimental Pengalaman Mickelson- kelas eksperimen fisik yang menyelidiki ketergantungan kecepatan rambat cahaya pada arah. Saat ini (2011), akurasi eksperimen memungkinkan untuk menemukan deviasi relatif dari isotropi kecepatan cahaya dalam satuan 10−16, namun, tidak ada deviasi yang ditemukan pada tingkat ini. Eksperimen Michelson merupakan dasar empiris dari prinsip invarian kecepatan cahaya, yang termasuk dalam teori relativitas umum (GR) dan teori relativitas khusus (STR).
Teori
Hitung total waktu t 1 (\ displaystyle t_ (1)) menggunakan jumlah waktu dari dua jalur:
T 1 = L 1 c + v + L 1 c - v = (\ gaya tampilan t_ (1) = (\ frac (L_ (1)) (c + v)) + (\ frac (L_ (1)) (cv )) =) 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))))) \ kira-kira (\ frac (2L_ (1)) (c)) \ kiri (1 + (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2))) \ kanan))
Perkiraan ini disebabkan oleh fakta bahwa (v 2 / c 2) 1 (\ displaystyle (v ^ (2) / c ^ (2))) ketika Anda mengambil kecepatan v (\ displaystyle v), yang berada di tanah .
Kecepatan ether c = v + v 1 (\ displaystyle c = \ | \ mathbf (v) + \ mathbf (v_ (1)) \ |) dan v 1 = v 1 (\ displaystyle v_ (1) = \ | \ mathbf (v_ (1)) \ |) - kecepatan gelombang ke arah cermin.
C = v + v 1 = v 2 + v 1 2 (\ displaystyle c = \ | \ mathbf (v) + \ mathbf (v_ (1)) \ | = (\ sqrt (v ^ (2) + v_ (1) ^ (2)))); maka: 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))))))))
Dengan mempertimbangkan simetri, sekarang kita dapat menghitung:
T 2 = 2 L 2 c 1 1 - v 2 c 2 2 L 2 c (1 + v 2 2 c 2) (\ gaya tampilan t_ (2) = (\ frac (2L_ (2)) (c)) ( \ frac (1) (\ sqrt (1 - (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2)))))) \ kira-kira (\ frac (2L_ (2)) (c)) \ kiri ( 1 + (\ frac (v ^ (2)) (2c ^ (2))) \ kanan))
Beda fasa sebanding dengan:
= c (t 2 - t 1) = 2 (L 2 1 - v 2 c 2 - L 1 1 - v 2 c 2) (\ gaya tampilan \ delta = c (t_ (2) -t_ (1)) = 2 \ kiri (((\ frac (L_ (2)) (\ sqrt (1 - (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2)))))) - (\ frac (L_ (1) ) (1 - (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2)))))) \ kanan))
S = | + | (\ displaystyle S = | \ delta + \ delta ^ (") |), di mana (\ displaystyle \ delta ^ (")) sebanding dengan perbedaan fase saat memutar 2 (\ displaystyle (\ frac (\ pi ) (2))):
S = | 2 L 1 (1 1 - v 2 c 2 - 1 1 - v 2 c 2) + (\ gaya tampilan S = | 2L_ (1) \ kiri (((\ frac (1) (\ sqrt (1 - (\ frac) (v ^ (2)) (c ^ (2)))))) - (\ frac (1) (1 - (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2))))))) \ kanan) +) 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) \ kiri ((\ frac (1) (\ sqrt (1 - (\ frac (v ^ (2))) (c ^ (2 )))))) - (\ frac (1) (1 - (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2)))))) \ kanan) | \ kira-kira (L_ (1) + L_ (2)) (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2))))
Itu menunjukkan bahwa teori eter menyiratkan perbedaan yang dapat diukur dan dideteksi dengan cara yang tepat (interferometer Michelson-Morley).
Cerita
Latar belakang
Artikel utama: Eter (fisika)Teori perambatan cahaya sebagai getaran medium khusus - luminiferous ether - muncul pada abad ke-17. Pada 1727, astronom Inggris James Bradley menjelaskan dengan bantuannya penyimpangan cahaya. Diasumsikan bahwa eter tidak bergerak, tetapi setelah eksperimen Fizeau, muncul asumsi bahwa eter sebagian atau seluruhnya terperangkap dalam pergerakan materi.
Pada tahun 1864, James Maxwell membuat percobaan untuk menentukan kecepatan Bumi relatif terhadap eter, tetapi kemudian menemukan kesalahan dalam perhitungannya dan tidak mempublikasikan hasilnya. Sesaat sebelum kematiannya, pada tahun 1879, ia menulis surat kepada seorang teman tentang hal ini, yang diterbitkan secara anumerta di jurnal "Nature". Pada tahun 1871-1872, Airy melakukan serangkaian eksperimen yang tepat dengan sumber cahaya astronomi, menyimpulkan dari mereka bahwa gerakan orbital Bumi sepenuhnya menarik eter.
Eksperimen Michelson
Publikasi surat Maxwell yang disebutkan di atas menarik perhatian fisikawan Amerika Albert Michelson. Sekitar tahun 1880, ia menemukan instrumen optik presisi sangat tinggi, yang disebutnya interferometer. Tujuan percobaan pertama (1881) adalah untuk mengukur ketergantungan kecepatan cahaya pada gerakan Bumi relatif terhadap eter. Hasil percobaan pertama adalah negatif - perpindahan pita tidak sefase dengan yang teoretis, dan osilasi perpindahan ini hanya sedikit lebih kecil daripada yang teoretis. Artikel tentang hasil eksperimen tersebut menuai kritik dari fisikawan teoretis terkemuka Hendrik Lorentz, yang menunjukkan bahwa keakuratan teoretis eksperimen tersebut terlalu ditaksir terlalu tinggi.
Kemudian, pada tahun 1887, Michelson, bersama dengan Morley, melakukan eksperimen serupa, tetapi secara signifikan lebih akurat yang dikenal sebagai Eksperimen Michelson-Morley dan menunjukkan bahwa perpindahan yang diamati tidak diragukan lagi kurang dari 1/20 teoritis dan mungkin kurang dari 1/40. Dalam teori eter non-entrained, perpindahan harus sebanding dengan kuadrat kecepatan, oleh karena itu hasilnya setara dengan fakta bahwa kecepatan relatif Bumi dalam eter kurang dari 1/6 kecepatan orbitnya dan pasti kurang dari 1/4.
Dipengaruhi oleh hasil ini, George Fitzgerald dan Lorenz mengajukan hipotesis tentang kontraksi benda material dalam arah gerak dalam eter yang tidak bergerak dan tidak terikat (1889).
percobaan Miller
Menurut Profesor Dayton K. Miller (Sekolah Kasus Ilmu Terapan):
Dapat diasumsikan bahwa percobaan hanya menunjukkan bahwa eter di ruang bawah tanah tertentu terbawa bersamanya dalam arah membujur. Oleh karena itu, kami akan memindahkan peralatan ke atas bukit untuk melihat apakah efeknya muncul di sana. sumber tidak ditentukan 1066 hari]
K. Miller bersama Profesor Morley merancang interferometer yang lebih sensitif daripada yang digunakan dalam percobaan pertama, dengan panjang lintasan optik 65,3 m, setara dengan sekitar 130 juta panjang gelombang. K. Miller diperkirakan akan melihat pergeseran 1,1 band.
Pada musim gugur 1905, Morley dan Miller melakukan percobaan di Euclidean Heights di Cleveland, sekitar 90 m di atas Danau Erie dan sekitar 265 m di atas permukaan laut. Pada tahun 1905-1906. lima seri pengamatan dilakukan, yang memberikan efek positif tertentu - sekitar 1/10 dari penyimpangan yang diharapkan.
Pada bulan Maret 1921, teknik dan peralatan sedikit diubah dan hasil "angin eter" 10 km / s diperoleh. Hasilnya diperiksa dengan cermat untuk kemungkinan penghapusan kesalahan yang terkait dengan magnetostriksi dan radiasi termal. Arah putaran alat tidak mempengaruhi hasil percobaan.
Studi selanjutnya dari hasil yang diperoleh D. Miller menunjukkan bahwa fluktuasi yang diamati olehnya dan ditafsirkan sebagai keberadaan "angin eter" adalah hasil dari kesalahan statistik dan mengabaikan efek suhu.
Eksperimen Kennedy
Dr. Roy Kennedy (Institut Teknologi California), setelah publikasi hasil eksperimen Morley-Miller, memodifikasi eksperimen untuk tujuan verifikasi. Interferometer ditempatkan dalam wadah logam tertutup yang diisi dengan helium di bawah tekanan 1 atm. Menggunakan perangkat yang mampu membedakan perpindahan yang sangat kecil dari pola interferensi, menjadi mungkin untuk mengurangi ukuran lengan menjadi 4 m. Cahaya terpolarisasi digunakan untuk mengecualikan sebanyak mungkin hamburan cahaya oleh cermin. Keakuratan percobaan berhubungan dengan perpindahan pita sebesar 2 × 10–3 lebarnya. Pada pesawat ruang angkasa ini, kecepatan 10 km / s yang diperoleh Miller akan memberikan pergeseran yang sesuai dengan panjang gelombang hijau 8 × 10-3, yang merupakan empat kali nilai terkecil yang dapat dideteksi. Eksperimen dilakukan di laboratorium Norman Bridge, di ruangan dengan suhu konstan, pada waktu yang berbeda dalam sehari. Untuk menguji ketergantungan kecepatan hanyut eter pada ketinggian medan, eksperimen juga dilakukan di Gunung Wilson, di gedung observatorium. Efeknya ternyata tidak lebih dari 1 km / s untuk ether drift.
Sekarang saya ingin membuat beberapa komentar tentang eksperimen Miller. Saya percaya bahwa ada masalah serius yang terkait dengan efek periodik untuk revolusi penuh peralatan, dan dibuang oleh Miller, yang menekankan pentingnya efek setengah siklus, yaitu, berulang selama setengah siklus. revolusi aparatus, dan tentang pertanyaan tentang angin eterik. Dalam banyak kasus, efek siklus penuh secara signifikan lebih besar daripada efek setengah siklus. Menurut Miller, efek periode penuh tergantung pada lebar pita dan akan menjadi nol untuk pita lebar tak terbatas.
Meskipun Miller mengklaim bahwa dia mampu menghilangkan efek ini sebagian besar dalam pengukurannya di Cleveland, dan ini dapat dengan mudah dijelaskan secara eksperimental, saya ingin memahami lebih jelas alasannya. Berbicara saat ini sebagai penganut teori relativitas, saya harus berargumen bahwa efek seperti itu tidak ada sama sekali. Memang, rotasi peralatan secara keseluruhan, termasuk sumber cahaya, tidak memberikan pergeseran dari sudut pandang teori relativitas. Seharusnya tidak ada efek ketika Bumi dan peralatannya diam. Menurut Einstein, kurangnya efek yang sama harus diamati untuk Bumi yang bergerak. Dengan demikian, efek periode penuh bertentangan dengan teori relativitas dan sangat penting. Jika Miller kemudian menemukan efek sistematis yang tidak dapat disangkal, penting juga untuk mengetahui penyebab efek periode penuh.
Eksperimen oleh Michelson dan Gael
Diagram percobaan Michelson-Gaul Pada tahun 1925, Michelson dan Gel di Clearing di Illinois diletakkan di tanah pipa air dalam bentuk persegi panjang. Diameter pipa adalah 30 cm Pipa AF dan DE diarahkan tepat dari barat ke timur, EF, DA dan CB - dari utara ke selatan. Panjang DE dan AF adalah 613 m; EF, DA dan CB - 339,5 m Satu pompa umum yang beroperasi selama tiga jam dapat mengevakuasi udara hingga tekanan 1 cm Hg Untuk mendeteksi perpindahan, Michelson membandingkan pinggiran interferensi di bidang teleskop, yang diperoleh saat bergerak di sekitar kontur besar dan kecil. Satu sinar cahaya pergi searah jarum jam, yang lain melawan. Pergeseran pita yang disebabkan oleh rotasi Bumi dicatat oleh orang yang berbeda pada hari yang berbeda dengan penataan ulang cermin yang lengkap. Sebanyak 269 pengukuran dilakukan. Secara teoritis, dengan asumsi eter stasioner, diharapkan pergeseran pita sebesar 0,236 ± 0,002. Pengolahan data observasi memberikan bias 0,230 ± 0,005, sehingga mengkonfirmasi keberadaan dan besarnya efek Sagnac.
S. I. Vavilov dalam artikelnya "Fondasi Eksperimental Teori Relativitas" menjelaskan efek ini sebagai berikut:
Eksperimen rotasi Sagnac dan Michelson - Gel dalam teori relativitas (khusus dan umum) dijelaskan dengan cara yang hampir sama dengan kemungkinan mendeteksi gerakan rotasi dengan manifestasi gaya sentrifugal dalam mekanika. Ini adalah konsekuensi alami dari teori relativitas, tidak menambahkan sesuatu yang baru.
Pilihan modern
Pada tahun 1958, eksperimen yang lebih akurat dilakukan di Universitas Columbia (AS) menggunakan sinar dua maser yang diarahkan secara berlawanan, yang menunjukkan ketidakvariasian frekuensi dari gerakan Bumi dengan akurasi sekitar 10-9%.
Pengukuran yang lebih akurat pada tahun 1974 membawa sensitivitas menjadi 0,025 m / s. Versi modern dari percobaan Michelson menggunakan optik dan kriogenik [ menjelaskan] resonator gelombang mikro dan memungkinkan Anda mendeteksi penyimpangan kecepatan cahaya jika beberapa unit dalam 10-16.
/ Folder baru_2 / Penentuan kecepatan cahaya (2)
SEJARAH PENENTUAN KECEPATAN CAHAYA
Kecepatan cahaya di ruang bebas (vakum) adalah kecepatan rambat gelombang elektromagnetik, termasuk cahaya. Ini mewakili kecepatan propagasi yang membatasi dari pengaruh fisik apa pun dan tidak berubah dalam transisi dari satu kerangka acuan ke kerangka acuan lainnya.
Kecepatan cahaya dalam suatu medium tergantung pada indeks bias medium n, yang berbeda untuk frekuensi radiasi yang berbeda: c '() = c / n(). Ketergantungan ini menyebabkan perbedaan antara kecepatan grup dan kecepatan fase cahaya dalam medium, jika kita tidak berbicara tentang cahaya monokromatik (untuk kecepatan cahaya dalam ruang hampa, nilai-nilai ini bertepatan. Secara eksperimental menentukan c ', grup kecepatan cahaya selalu diukur.
Untuk pertama kalinya kecepatan cahaya ditentukan pada tahun 1676 oleh O. K. Roemer dari perubahan interval waktu antara gerhana satelit Jupiter. Pada tahun 1728, didirikan oleh J. Bradley, berdasarkan pengamatannya tentang penyimpangan cahaya bintang. Pada tahun 1849, AIL Fizeau adalah yang pertama mengukur kecepatan cahaya pada waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melewati jarak (basis) yang diketahui dengan tepat, karena indeks bias udara berbeda sangat sedikit dari 1, pengukuran di darat memberikan nilai yang sangat dekat dengan kecepatan.
Dalam percobaan Fizeau, seberkas cahaya dari sumber cahaya S, yang dipantulkan oleh cermin semitransparan 3, secara berkala diinterupsi oleh piringan bergigi 2 yang berputar, melewati alas 4-1 (sekitar 8 km) dan, dipantulkan dari cermin 1, kembali ke disk. Jatuh di cabang, cahaya tidak mencapai pengamat, tetapi mengenai
celah antara gigi-gigi cahaya dapat diamati melalui lensa okuler 4. Dari kecepatan putaran piringan yang diketahui, waktu cahaya untuk merambat melalui alas ditentukan. Fizeau diperoleh nilai c = 313300 km/s.
Pada tahun 1862, J.BL Foucault mewujudkan ide D. Argo, yang diungkapkan pada tahun 1838, dengan menggunakan cermin yang berputar cepat (512 putaran per detik) sebagai ganti piringan bergigi. Mencerminkan dari cermin, berkas cahaya diarahkan ke dasar dan setelah kembali lagi jatuh pada cermin yang sama, yang sempat berbelok melalui sudut kecil tertentu. Dengan dasar hanya 20 meter, Foucault menemukan kecepatan cahaya menjadi 298.000.500 km / s. Skema dan ide dasar metode Fizeau dan Foucault berulang kali digunakan dalam karya-karya berikutnya untuk menentukan kecepatan cahaya.
Penentuan kecepatan cahaya dengan metode cermin berputar (metode Foucault): S– sumber cahaya; R - cermin berputar cepat; C adalah cermin cekung stasioner, yang pusatnya bertepatan dengan sumbu rotasi R (oleh karena itu, cahaya yang dipantulkan oleh C selalu mengenai R); M - cermin tembus pandang; L - lensa; E - lensa mata; RC adalah jarak (basis) yang diukur dengan tepat. Garis putus-putus menunjukkan posisi R, yang telah berubah selama waktu perjalanan cahaya melalui jalur RC dan kembali, dan jalur kembalinya berkas sinar melalui lensa L, yang mengumpulkan berkas pantul di titik S ', dan tidak di titik S, seperti halnya dengan cermin tetap R. Kecepatan cahaya diatur dengan mengukur offset SS'.
Nilai c = 299796 4 km/s diperoleh A. Michelson pada tahun 1926 yang kemudian paling akurat dan masuk dalam tabel besaran fisika internasional.
Mengukur kecepatan cahaya pada abad ke-19 memainkan peran besar dalam fisika, lebih lanjut mengkonfirmasi teori gelombang cahaya. Perbandingan Foucault tahun 1850 tentang kecepatan cahaya dengan frekuensi yang sama di udara dan air menunjukkan bahwa kecepatan dalam air adalah u = c / n () sesuai dengan prediksi teori gelombang. Hubungan antara optik dan teori elektromagnetisme juga ditetapkan: kecepatan cahaya yang diukur bertepatan dengan kecepatan gelombang elektromagnetik, dihitung dari rasio unit elektromagnetik dan elektrostatik muatan listrik.
Dalam pengukuran kecepatan cahaya modern, metode Fizeau yang dimodernisasi digunakan dengan penggantian roda gigi dengan interferensi atau modulator cahaya lain yang sepenuhnya menginterupsi atau melemahkan berkas cahaya. Penerima radiasi adalah tabung fotosel atau fotomultiplier. Penggunaan laser sebagai sumber cahaya, modulator ultrasonik dengan frekuensi yang stabil dan peningkatan akurasi pengukuran panjang dasar akan mengurangi kesalahan pengukuran dan memperoleh nilai c = 299792,5 0,15 km/s. Selain pengukuran langsung kecepatan cahaya dari waktu transit dari basis yang diketahui, metode tidak langsung banyak digunakan, yang memberikan akurasi yang lebih besar.
Pengukuran kuantitas c yang paling akurat sangat penting tidak hanya dalam istilah teoritis umum dan untuk menentukan nilai besaran fisik lainnya, tetapi juga untuk tujuan praktis. Kepada mereka, khususnya. Penentuan jarak dalam waktu transit sinyal radio atau cahaya di radar, lokasi optik, pengukuran jarak cahaya, dll.
Michelson dan kecepatan cahaya
Tidak jarang seseorang di usia 70-an harus kembali ke pekerjaan yang mereka lakukan di masa muda mereka untuk mencoba menyempurnakan hasil penelitian yang sudah sangat akurat dan andal, karena semua orang percaya bahwa tidak ada orang lain yang bisa melakukannya lebih baik dari dia. Kesempatan yang patut ditiru seperti itu muncul dengan sendirinya kepada Michelson.
Pada tahun 1923, George Ellery Hal, direktur Observatorium Mount Wilson, mengundang Michelson untuk datang ke Pasadena dan mendefinisikan kembali kecepatan cahaya. Michelson menerima tawarannya dengan antusias. Dia telah lama menunggu kesempatan untuk mengklarifikasi hasil pengukurannya yang terkenal pada tahun 1882. Dia cepat berkemas dan pergi ke California, di mana dia mengatur markas besarnya di kaki Gunung Wilson.
Persiapan percobaan dilakukan dengan sangat hati-hati. Sebuah situs dipilih untuk dua instalasi. Salah satunya terletak di puncak Gunung Wilson yang sudah dikenal, dan yang lainnya - di puncak Gunung San Antonio, yang dikenal dengan julukan "Botak Tua", pada ketinggian 5800 m di atas permukaan laut dan 35 km dari Gunung Wilson . Survei Pantai dan Geodesi Amerika Serikat ditugaskan untuk mengukur jarak antara dua bidang reflektif secara akurat - cermin prismatik yang berputar di Gunung Wilson dan cermin tetap di San Antonio. Kemungkinan kesalahan dalam mengukur jarak adalah sepertujuh juta, atau sepersekian sentimeter per 35 km. Sebuah prisma berputar dari baja berlapis nikel dengan delapan permukaan cermin, dipoles hingga presisi sepersejuta, dibuat untuk eksperimen oleh Perusahaan Brooklyn Sperry Gyroscope, yang presidennya, insinyur penemu Elmer A. Sperry, adalah teman Michelson. Selain itu, beberapa prisma kaca dan baja dibuat. Rotor kecepatan tinggi segi delapan menghasilkan hingga 528 putaran per detik. Itu digerakkan oleh jet udara, dan kecepatannya, seperti dalam eksperimen sebelumnya, diatur oleh garpu tala listrik. (Gpu tala tidak hanya digunakan oleh musisi untuk menentukan nada. Garpu tala dapat digunakan untuk menentukan periode waktu yang singkat dan sama dengan sangat akurat. Anda dapat membuat instrumen dengan frekuensi yang diinginkan, yang di bawah aksi arus listrik, akan bergetar seperti bel listrik.)
Sperry juga menyarankan kepada temannya sebuah lampu sorot busur tinggi yang lebih baik yang baru-baru ini dia buat untuk keperluan militer. Preston R. Bassett, insinyur yang memimpin lampu sorot dan kemudian menjadi presiden perusahaan, merancang mekanisme lampu busur khusus untuk eksperimen ini dan membawanya ke California pada musim panas 1924. Fred Pearson datang dari Chicago untuk berpartisipasi dalam percobaan.
Dimensi baru dari kecepatan cahaya
Michelson, seperti kapten di anjungan kapal, dengan antusias mengawasi persiapan operasi, mempelajari setiap detail kecil. Setiap tindakan pencegahan yang mungkin telah diambil untuk menghilangkan atau meminimalkan kesalahan. Dunia terpelajar menyaksikan persiapan dengan penuh minat. Akhirnya, semuanya sudah siap, dan cahaya dari lampu busur diarahkan ke cermin di San Antonio dan dipantulkan pada prisma yang berputar di Gunung Wilson (Gbr. 12). Pengukuran dilakukan setiap malam cerah dari pukul sepuluh malam sampai tengah malam, dan setiap rangkaian pengamatan berlangsung selama beberapa minggu. Hasil pengukuran dilaporkan setiap hari ke kantor pusat Michelson di Pasadena.
Beras. 12. Perbaikan yang dilakukan oleh Michelson pada pengaturannya Prinsipnya sama (perubahan utama adalah peningkatan jalur berkas cahaya).
Dari tahun 1924 hingga awal 1927, lima rangkaian pengamatan independen dilakukan. Hasil rata-rata adalah 299.798 km per detik.
Namun Michelson masih belum sepenuhnya puas. Dia berharap dengan menambah panjang jalur berkas cahaya dan mentransfer eksperimen ke area lain, dia bisa mendapatkan definisi yang lebih tepat. Dalam laporannya tentang percobaan di Gunung San Antonio, ia menulis: "Keberhasilan pengukuran pada jarak 22 mil, yang sebagian besar tidak dilakukan dalam kondisi yang paling menguntungkan (kabut dan asap dari kebakaran hutan), menunjukkan kelayakannya. melakukan eksperimen pada jarak yang jauh lebih jauh."
Untuk pengalaman ini, ia memilih Gunung San Jacinto yang terletak 130 km dari Gunung Wilson. Dia bahkan menjalankan tes pendahuluan. Tetapi cahaya dari lampu busur dalam perjalanan kembali menjadi sangat lemah oleh asap dan kabut sehingga gagasan itu harus ditinggalkan.
Michelson kembali ke Chicago dan pada November 1928 pergi ke Washington untuk menghadiri konferensi ilmiah ulang tahun di National Bureau of Standards. Itu diselenggarakan oleh Optical Society of America untuk menghormati ulang tahun kelima puluh publikasi karya pertama Michelson (1878) tentang kecepatan cahaya, dan sebagai pengakuan atas kontribusinya yang besar pada bidang optik. Konferensi ini secara tidak resmi disebut "Konferensi Michelson", dan Michelson sendiri, tentu saja, adalah tamu kehormatan.
Upaya terakhir
V tahun depan Michelson, yang saat itu berusia tujuh puluh tujuh tahun, menderita pendarahan otak yang parah. Dia pensiun dari universitas, banyak melukis dan berjalan, mencoba memulihkan kesehatannya yang menurun. Itu tidak mudah. Namun, dia tidak pernah berhenti bermimpi untuk kembali mempelajari kecepatan cahaya; dia berharap, setelah mendapatkan kekuatan, dia akan membuat tekad lain. Dia kembali ke tempat dia memulai lebih dari lima puluh tahun yang lalu. Dia menghargai gagasan untuk menghilangkan gangguan dalam bentuk kabut, asap, dan bahkan atmosfer yang paling transparan. Dia ingin mengatur percobaan sehingga sinar akan melewati kekosongan, jika mungkin, melalui ruang hampa yang hampir mutlak.
Dan kemudian Michelson kembali menerima undangan ke Pasadena. "Hal mengatakan Mount Wilson dan Caltech siap membantu saya," katanya. - Godaannya terlalu besar. Saya pergi. " Dia dilengkapi dengan semua peralatan dan perlengkapan yang diperlukan. Yayasan Rockefeller mengalokasikan $30.000 untuk eksperimen, Carnegie Corporation $27.500, dan University of Chicago $10.000.
Peternakan Irvine dekat Santa Ana di California Selatan dipilih sebagai tempat untuk pengalaman yang megah. Survei Pantai dan Geodesi Amerika Serikat kembali ditugaskan untuk mengukur jarak. Pipa raksasa digulung dari lembaran baja bergelombang. Mereka terdiri dari bagian 18 meter, dengan diameter sekitar satu meter, terpaku bersama. Hasilnya adalah pipa sepanjang 1,5 km. Harganya 50 ribu dolar. Itu bisa dimasuki melalui empat lubang - dua di ujung dan dua di bagian utama pipa. Perusahaan Sperry Gyroscope kembali membuat cermin baja berputar dengan 8, 16 dan 32 segi. Selain itu, cermin 32 sisi dibuat dari kaca optik kelas satu.
Pipa disegel dan udara dipompa keluar dengan pompa khusus selama beberapa hari dan malam berturut-turut sampai tekanan dalam pipa turun menjadi 0,5 mm Hg. Seni. (tekanan normal adalah 760 mm Hg). Lampu busur digunakan sebagai sumber cahaya. Dipantulkan berkali-kali, cahaya harus menempuh jarak sekitar 16 km. Untuk pertama kalinya dalam sejarah, kecepatan cahaya diukur dalam ruang hampa yang hampir mutlak.
Sementara itu, kesehatan Michelson meninggalkan banyak hal yang diinginkan. Dia tidak pernah cukup pulih untuk melakukan pengukuran dengan tangannya sendiri. Ini ditangani oleh Francis G. Pease dan Fred Pearson; mereka juga menyatukan hasilnya. Ratusan pengamatan dilakukan selama tahun 1930 dan awal 1931. Michelson mengawasi pekerjaan berbaring di tempat tidur. Dia sendiri tidak akan pernah mengatasi masalah berulang yang membutuhkan penyelesaian segera. Setiap kali terjadi kesalahan pada peralatan, Anda harus membiarkan udara masuk ke dalam pipa sehingga Anda bisa masuk ke sana dan memperbaiki kerusakan. Dan kemudian Anda harus menunggu empat puluh delapan jam untuk pompa untuk memompa keluar udara lagi. Gelombang panas mendistorsi citra cahaya, sehingga sebagian besar pekerjaan harus dilakukan pada malam hari saat cuaca dingin.
Pada awal tahun 1931, ketika pekerjaan masih jauh dari selesai, dan Michelson tampaknya pulih dari konsekuensi penyakitnya, sebuah konferensi ilmiah diadakan di Pasadena, yang dihadiri oleh Einstein dan banyak ilmuwan terkemuka dari berbagai negara. Pada tanggal 15 Januari, sebuah perjamuan akan diadakan untuk menghormati Dr. Einstein dan istrinya. Michelson, tentu saja, juga diundang. Dia merasa cukup baik saat itu dan sangat senang bisa menghadiri pertemuan khusyuk ini, yang berlangsung di gedung megah Athenium, yang baru saja dibangun.
Einstein membuat pidato singkat. Beberapa ilmuwan terpenting duduk di dekatnya - Michelson, Millikan, Hal, dan lainnya. "Saya senang berada di perusahaan mereka," Einstein memulai, "yang telah menjadi teman setia dalam pekerjaan saya selama bertahun-tahun." Kemudian, menoleh ke Michelson, dia melanjutkan: “Anda, Dr. Michelson tersayang, memulai penelitian Anda ketika saya masih kecil. Anda telah membuka jalan baru bagi fisikawan dan dengan eksperimen luar biasa Anda membuka jalan bagi teori relativitas. Anda mengungkap kekeliruan teori cahaya halus dan merangsang gagasan Lorentz dan Fitzgerald, yang darinya teori relativitas khusus berkembang. Tanpa karya Anda, teori ini masih akan menjadi dugaan yang menarik; dia menerima konfirmasi nyata pertama dalam eksperimenmu."
Michelson sangat tersentuh. Ini adalah pujian tertinggi. Dia berdiri untuk berterima kasih atas penghargaannya yang murah hati. Michelson jarang berpidato, dan ketika dia kebetulan berbicara, dia selalu berbicara dengan singkat dan to the point. Dan kali ini dia tidak mengkhianati dirinya sendiri. Dia berterima kasih kepada Einstein atas namanya sendiri dan atas nama mendiang kolaboratornya Edward Morley, yang telah meninggal delapan tahun lalu. Michelson tidak pernah lupa untuk memberikan penghormatan kepada karyawan dan asistennya.
Ini adalah penampilan publik terakhir Michelson. Dia mencoba kembali bekerja, tetapi tidak bisa bangun dari tempat tidur pada 1 Maret. Kelumpuhan bertahap mulai dan dia mulai melemah dengan cepat. Sementara itu, semakin banyak data baru datang dari Santa Ana. Mengumpulkan kekuatan terakhirnya, Michelson perlahan tapi jelas mendiktekan Pisa pengantar artikel, yang seharusnya meringkas eksperimen. Artikel ini seharusnya dikirim untuk dipublikasikan di Astrophysical Journal.
Kondisi Michelson terus memburuk, tetapi dia menolak untuk mengakui bahwa dia sakit parah. "Kesehatan saya membaik," tulisnya dengan optimis empat puluh delapan jam sebelum jatuh pingsan. Di dekatnya ada istrinya, salah satu putri dan dua perawat. Mereka bergabung dengan Pease dan Pearson. Pada pukul dua belas lima puluh lima menit pada tanggal 9 Mei 1931, Michelson meninggal dengan tenang, tanpa sadar kembali.
Pendeta dari Gereja Liberal Unionis setempat melayani kebaktian yang sangat sederhana dan singkat di rumahnya. Atas permintaan janda Michelson, pesan tentang kematiannya muncul di media cetak hanya setelah pemakaman. Pemakaman itu dihadiri oleh istri Michelson, Edna, tiga putri mereka - Madeleine, Dorothy dan Beatrice - serta beberapa kerabat dan teman terdekat lainnya. Millikan, Hal dan Hubble membawa peti mati ke mobil jenazah. Jenazahnya, sesuai keinginan Michelson, dikremasi, dan abunya ditebarkan diterpa angin.
Para ilmuwan di seluruh dunia merayakan jasanya bagi sains. Einstein mengetahui kematian Michelson di Inggris, di mana dia mengajar di Oxford. “Dr. Michelson adalah salah satu seniman terbesar di dunia eksperimen ilmiah,” katanya.
Tiga rekan terdekat Michelson di Universitas Chicago, Forest R. Moulton, Henry J. Gale, dan Garvey B. Lemon, yang telah mengenalnya selama seperempat abad, menulis dalam obituari:
“Hidupnya adalah contoh luar biasa dari rasa memiliki tujuan yang menentang perubahan nasib. Tampaknya, bahkan, kekuatan cinta, kebencian, kecemburuan, iri hati, kesombongan hampir tidak menyentuhnya. Terserap dalam penelitian ilmiah, ia umumnya cukup acuh tak acuh terhadap orang-orang pada umumnya, tetapi ia memiliki teman-teman yang setia, yang persahabatannya ia hargai ... Isi dan tujuan utama hidupnya adalah pengejaran ilmiah, kesenangan estetika yang diperoleh dari pekerjaan. ... Dia asing untuk tergesa-gesa, kesombongan. Dia tidak demam memikirkan bahwa saat yang menentukan telah datang untuk sains atau seluruh umat manusia. Dia tidak gemetar, berdiri di ambang penemuan hebat ...
Dia lembut dan tenang dan tanpa kepura-puraan apa pun, seperti laut di hari yang cerah - tenang, tak terbatas, tak terukur ... Karakter seperti itu dapat dirasakan, tetapi tidak dapat dianalisis. Michelson tidak mengungkapkan jiwanya kepada siapa pun, tetapi semua orang mengerti bahwa di kedalamannya ada banyak yang tidak dapat diakses oleh mata. Sangat sedikit orang yang mengenalnya dengan baik."
Setelah kematian Michelson, pekerjaan mengukur kecepatan cahaya dalam tabung vakum lebih dari 1,5 km dilanjutkan selama hampir dua tahun lagi. Pada tahun 1933, saat gempa bumi di Long Beach, instalasi hancur, tetapi saat ini semua pengamatan telah selesai. Sebanyak 2.885 penentuan dibuat. Kecepatan rata-rata cahaya dalam ruang hampa ditemukan 299.774 km per detik. Angka ini kurang 24 km dari angka yang ditemukan selama percobaan di puncak dua gunung. Persatuan Geofisika dan Geodesi Internasional dan Persatuan Ilmiah Internasional untuk Radio telah mengadopsi kecepatan cahaya 299.792,5 km per detik *. Angka ini terletak dalam kesalahan eksperimental penentuan Michelson.
Judul artikel yang memuat pesan tentang eksperimen terbaru Michelson ini menggemakan judul karya pertamanya yang diterbitkan lebih dari setengah abad sebelumnya, saat ia masih menjadi Letnan Michelson. Itu disebut "Pada metode pengukuran kecepatan cahaya." Karya terakhir yang berjudul "Pengukuran kecepatan cahaya dalam ruang hampa parsial", adalah penyelesaian kontribusi besar Michelson terhadap sains.
Melanjutkan pencarian
Dalam penelitian ilmiah, tidak ada kata final atau keputusan akhir. Jika Michelson datang ke laboratorium ilmiah terbesar di dunia saat ini, dia akan menemukan bahwa para peneliti masih bergulat dengan masalah yang sama yang dia dan ilmuwan lain coba selesaikan. Ide-ide ilmiah yang tampaknya sudah mapan terus-menerus ditumbangkan, diganti, diperluas, atau ditambah. Ini terjadi dengan hukum Newton, dimodifikasi oleh Einstein. Tetapi bagaimana dengan kecepatan cahaya - konstanta ini, yang tampaknya ditangkap oleh Michelson untuk selamanya? Ada juga keraguan tentang dia. Para ilmuwan telah mendekatinya lagi dan lagi dengan instrumen baru dan metode baru. Pada tahun 1939, dua kelompok peneliti - satu di Universitas Harvard dan yang lainnya di Jerman - menggunakan apa yang disebut rana cahaya elektronik (sel Kerr), memperoleh hasil yang sedikit berbeda: 299.798 km / s di Amerika Serikat dan 299.799 km / s di Amerika Serikat. Jerman. Dua tahun kemudian, para ilmuwan dari Biro Standar Nasional menerima angka 299.795 km / s. Pada tahun 1951, kapten Layanan Pesisir dan Geodesi AS, Karl I. Aslaxon, saat menguji sistem radar, menerima nilai yang sama dengan 299.805 km / s. Tiga tahun kemudian, sekelompok ilmuwan Inggris mengulangi hasilnya.
Telah disarankan bahwa kecepatan cahaya masih tidak konstan. Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa itu telah berubah, menunjuk pada perbedaan hasil pengukuran yang dilakukan sebelum Perang Dunia Kedua dan setelahnya dengan selang waktu sepuluh tahun. Kecepatannya sekitar 16 km per detik. Profesor di Texas College of Technology J.H. Rush percaya bahwa "ini tidak boleh dianggap enteng dan dijelaskan oleh kesalahan teknis yang tak terhindarkan." Rush percaya bahwa "Dimensi baru dapat mengarah pada penemuan baru." Dan pencarian berlanjut *.
Dan bagaimana dengan masalah eter? Pada tahun 1899, Michelson membahas masalah ini dalam Lowell Lectures-nya. “Misalkan,” katanya, “bahwa kompresi eter sesuai dengan muatan listrik, perpindahan eter ke arus listrik, vortisitas eter - ke atom; jika kita melanjutkan asumsi ini, kita sampai pada kesimpulan yang bisa menjadi salah satu generalisasi terbesar ilmu pengetahuan modern- bahwa semua fenomena alam semesta fisik hanyalah ekspresi berbeda dari berbagai jenis gerak dari satu zat yang melingkupi segalanya - eter. Tampak bagi saya bahwa hari itu tidak lama lagi ketika garis-garis dari banyak bidang pemikiran yang tampaknya jauh akhirnya akan bertemu di satu bidang yang sama. Kemudian sifat atom, dan sifat ikatan kimia atom, dan interaksi di antara mereka, dan eter kontinu, menyatakan dirinya melalui cahaya dan listrik, dan struktur molekul, dan penjelasan kohesi, elastisitas dan daya tarik - semua ini akan menemukan tempatnya dalam sistem pengetahuan ilmiah yang tunggal dan konsisten".
Lebih dari enam puluh tahun telah berlalu sejak itu, tetapi ramalan Michelson belum menjadi kenyataan. Cahaya dan bentuk radiasi elektromagnetik lainnya masih tidak membutuhkan media konduktif. Gagasan eter akhirnya ditolak, sebagian besar berkat kejeniusan Michelson.
PENGALAMAN MICHAELSON adalah:
PENGALAMAN MICHAELSON PENGALAMAN MICHAELSONAmer. fisikawan A. A. Michelson (A. A. Michelson) pada tahun 1881 untuk mengukur pengaruh gerak bumi terhadap kecepatan cahaya. Di akhir fisika. abad ke-19 diasumsikan bahwa cahaya menyebar di lingkungan dunia universal tertentu - eter. Pada saat yang sama, sejumlah fenomena (penyimpangan cahaya, eksperimen Fizeau) mengarah pada kesimpulan bahwa eter tidak bergerak atau sebagian terbawa oleh tubuh selama gerakannya. Menurut hipotesis eter stasioner, adalah mungkin untuk mengamati "angin eterik" ketika Bumi bergerak melalui eter dan kecepatan cahaya dalam kaitannya dengan Bumi harus bergantung pada arah berkas cahaya relatif terhadap arah pergerakannya dalam eter. M. o. dilakukan menggunakan interferometer Michelson dengan lengan yang sama, satu - sepanjang gerakan Bumi, yang lain - tegak lurus terhadapnya. Jika eter tidak bergerak, maka ketika perangkat diputar 90 °, perbedaan jalur sinar harus berubah tanda dan interferensi. gambar - untuk bergeser. Namun, kebingungan mengganggu. gambar tidak ditemukan, yaitu, M. tentang. memberikan hasil negatif. Pada tahun 1885-87 percobaan Michelson dan Amer. fisikawan EW Morley mengkonfirmasi dengan sangat akurat. hasil awal M. o. Pada tahun 1964 Amer. fisika di mod. Bentuknya diulang oleh mikroskop, menggunakan dua laser helium-neon identik, yang memiliki tingkat monokromatisitas dan ruang yang sangat tinggi, sebagai sumber cahaya. koherensi, dan dengan akurasi yang lebih besar menerima penolakan. hasil. Dalam klasik. fisika ditolak. hasil dari M.o. tidak dapat dipahami dan didamaikan dengan fenomena lain dari elektrodinamika media bergerak. Dalam teori relativitas, keteguhan kecepatan cahaya untuk semua kerangka acuan inersia dianggap sebagai postulat, yang dikonfirmasi oleh serangkaian besar eksperimen.
Kamus ensiklopedis fisik. - M.: ensiklopedia Soviet. Pemimpin redaksi A.M. Prokhorov. 1983.
PENGALAMAN MICHAELSON
Sebuah eksperimen pertama kali dikemukakan oleh A. Michelson pada tahun 1881 untuk mengukur pengaruh gerak bumi terhadap kecepatan cahaya. Negatif. hasilnya adalah salah satu yang utama. eksperimental fakta yang menjadi dasar teori relativitas.
Di akhir fisika. abad ke-19 diasumsikan bahwa cahaya merambat di lingkungan dunia universal tertentu - udara. Dalam hal ini, sejumlah fenomena ( penyimpangan ringan, pengalaman Fizeau) mengarah pada kesimpulan bahwa eter tidak bergerak atau sebagian terbawa oleh tubuh selama gerakannya. Menurut hipotesis eter stasioner, adalah mungkin untuk mengamati "angin eterik" ketika Bumi bergerak melalui eter dan kecepatan cahaya dalam kaitannya dengan Bumi harus bergantung pada arah berkas cahaya relatif terhadap arahnya. gerakan dalam eter.
M. o. dilakukan dengan bantuan interferometer Michelson dengan bahu yang sama; satu bahu diarahkan sepanjang gerakan Bumi, yang lain - tegak lurus terhadapnya. Ketika seluruh perangkat diputar 90 °, perbedaan jalur sinar harus berubah tanda, akibatnya interferensi harus bergeser. lukisan. Perhitungan menunjukkan perpindahan, yang dinyatakan dalam fraksi lebar interferensi. garis-garis, sama, di mana Z adalah panjang lengan interferometer, adalah panjang gelombang cahaya yang diterapkan (garis kuning Na), Dengan- kecepatan cahaya di udara, v- kecepatan orbit Bumi. Karena nilai untuk gerakan orbit Bumi adalah 10-4, perpindahan yang diharapkan sangat kecil dan pada M. o pertama. hanya 0,04. Namun demikian, sudah berdasarkan pengalaman ini, Michelson sampai pada keyakinan tentang ketidaktepatan hipotesis eter yang tidak bergerak.
Nanti M.о. diulang beberapa kali. Dalam percobaan Michelson dan E. W. Morley (1885-87), interferometer dipasang pada pelat besar yang mengambang di air raksa (untuk rotasi yang mulus). Optik panjang jalan menjadi 11 m dengan bantuan beberapa refleksi dari cermin.Perpindahan yang diharapkan dikonfirmasi oleh OT-ricat. hasil dari M.o. Pada tahun 1958, di Universitas Columbia (AS), tidak adanya eter stasioner sekali lagi ditunjukkan. Sinar radiasi dari dua generator kuantum identik dari gelombang mikro (maser) diarahkan v sisi yang berlawanan - sepanjang gerakan Bumi dan melawan gerakan - dan frekuensinya dibandingkan. Ditemukan dengan akurasi tinggi (~ 10-9%) bahwa frekuensi tetap sama, sedangkan "angin eterik" akan menyebabkan munculnya perbedaan frekuensi ini dengan jumlah yang hampir 500 kali lebih tinggi daripada akurasi pengukuran .
Dalam klasik. fisika ditolak. hasil dari M.o. tidak dapat dipahami dan disepakati dengan fenomena lain elektrodinamika media bergerak. Dalam teori relativitas, keteguhan kecepatan cahaya untuk semua kerangka referensi inersia diterima sebagai postulat, dikonfirmasi oleh serangkaian besar eksperimen.
menyala.: Vavilov S.I., Fondasi eksperimental dari teori relativitas, Sobr. cit., jilid 4, M., 1956; Koleksi Einstein, 1980 - 1981, M., 1985. E. KE. Tarasov.
Ensiklopedia fisik. Dalam 5 volume. - M.: ensiklopedia Soviet. Pemimpin redaksi A.M. Prokhorov. 1988.
Michelson, Albert Abraham
Tanggal lahir: Tempat lahir: Tanggal meninggal: Tempat meninggal: Negara: Daerah penelitian: Tempat bekerja: Gelar akademik: Almamater: Pembimbing akademik: Penghargaan dan hadiah: Tanda tangan:| Albert Abraham Michelson | |
| Albert abraham michelson | |
  |
|
|
Strelno, Prusia |
|
|
Pasadena, California, AS |
|
|
Amerika Serikat |
|
|
fisikawan, astronom |
|
|
Universitas Case Western Reserve |
|
|
Anggota yang sesuai dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet |
|
|
Akademi Angkatan Laut Amerika Serikat |
|
|
Hermann Helmholtz |
|
|
Hadiah Rumford (1888) |
|
|
|
|
| Albert Abraham Michelson di Wikimedia Commons | |
Albert Abraham Michelson(eng. Albert abraham michelson; 19 Desember 1852, Strelno, Prusia - 9 Mei 1931, Pasadena, AS) - Fisikawan Amerika, yang dikenal karena penemuan interferometer Michelson dinamai menurut namanya dan untuk pengukuran presisi kecepatan cahaya. Pada tahun 1907 ia dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisika "untuk penciptaan instrumen optik yang tepat dan studi spektroskopi dan metrologi yang dilakukan dengan bantuan mereka."
Biografi
Albert Abraham Michelson Lahir sebagai salah satu dari enam bersaudara dalam keluarga Yahudi, di bagian Polandia dari Kerajaan Prusia. Ayahnya, Samuel Mikhelzon, terlibat dalam perdagangan; ibu - Rosalia Mikhelzon (née Prilubskaya), adalah putri Abram Prilubsky dari Inovroclaw .. Ketika bocah itu berusia dua tahun (1855), orang tuanya beremigrasi ke New York (AS), di mana nama keluarga mereka mulai diucapkan sebagai "Michelson ". Dari sana, keluarga pindah ke barat negara itu, pertama tinggal di pemukiman pertambangan Murphys (di California) dan di Kota Virginia (Nevada), di mana ayahnya mengembangkan bisnis buah kering yang sukses. Selama tahun-tahun sekolahnya, Albert Michelson tinggal di San Francisco, dalam keluarga bibinya - Henrietta Levy (ibu dari penulis Harriet Lane Levy, sepupu ilmuwan).
Pada tahun 1869, Michelson memulai pelatihan di Akademi Angkatan Laut Amerika Serikat di Annapolis. Pada tahun 1873 ia menyelesaikan studinya. Sejak awal studinya, Michelson sangat tertarik pada sains dan khususnya masalah pengukuran kecepatan cahaya. Setelah melanjutkan, selama dua tahun, pelatihan di Eropa, ia pensiun dari dinas militer. Pada tahun 1883 ia menjadi profesor fisika di School of Applied Sciences di Cleveland dan berfokus pada pengembangan interferometer yang ditingkatkan.
Setelah 1889 ia bekerja sebagai profesor di Universitas Clark di Worcester. Pada tahun 1892 ia menjadi profesor dan kepala departemen fisika Universitas Chicago yang baru didirikan. Pada tahun 1907, Michelson menjadi orang Amerika pertama yang menerima Hadiah Nobel dalam Fisika. Pada tahun yang sama, Michelson juga menerima Medali Copley untuk pencapaian luar biasa dalam fisika eksperimental.
Kecepatan cahaya
Pengukuran pertama
Sudah pada tahun 1877, ketika ia menjadi perwira di Angkatan Laut AS, Michelson mulai meningkatkan metode pengukuran kecepatan cahaya menggunakan cermin berputar, yang diusulkan oleh Leon Foucault. Ide Michelson adalah menggunakan optik yang lebih baik dan jangkauan yang lebih jauh. Pada tahun 1878, ia melakukan pengukuran pertama pada instalasi yang cukup artisanal. Karya ini menarik perhatian Simon Newcomb, direktur Nautical Almanac Office, yang juga berencana melakukan eksperimen serupa. Michelson mempublikasikan hasilnya 299.910 ± 50 km/s pada tahun 1879. Setelah itu, ia pindah ke Washington (AS) untuk membantu melaksanakan eksperimen Simon Newcome. Dari sinilah persahabatan dan kerja sama antara kedua ilmuwan dimulai.
Newcomb memperoleh dalam eksperimennya, yang dibiayai lebih baik, nilai kecepatan cahaya 299860 ± 30 km / s, yang bertepatan dalam batas kesalahan pengukuran dengan nilai Michelson. Michelson semakin menyempurnakan metodenya; ia diterbitkan pada tahun 1883 nilai 299.853 ± 60 km / s.
Gunung Wilson dan waktu sebelum 1926
Pada tahun 1906, EB Rosa dan NE Dorsey mengukur kecepatan cahaya menggunakan metode listrik baru. Dalam percobaan mereka, mereka memperoleh nilai 299.781 ± 10 km / s.
Setelah tahun 1920, Michelson memulai pengukuran "akhir" kecepatan cahaya di Observatorium Mount Wilson, dan dasar pengukurannya adalah jarak 22 mil - ke Mount Lookout, yang terletak di sisi selatan Gunung San Antonio.
Pada tahun 1922, Komisi Pesisir dan Geodesi AS mulai mengukur jarak ini dengan hati-hati menggunakan kaset invar yang baru ditemukan, yang memakan waktu dua tahun. Pada tahun 1924, ketika panjang diukur dengan akurasi 10-6, mereka mulai mengukur kecepatan cahaya, yang juga berlangsung selama dua tahun dan memberikan nilai kecepatan cahaya 299796 ± 4 km / s.
Eksperimen terkenal ini juga dikenal karena masalahnya. Misalnya, masalah besar adalah kebakaran hutan, asap yang menyebabkan kekeruhan pada cermin. Juga sangat mungkin bahwa kesalahan dimasukkan ke dalam pengukuran geodetik yang diambil dengan akurasi yang luar biasa karena perpindahan pangkalan, yang terjadi selama gempa bumi di Santa Barbara pada 29 Juni 1925 dan berkekuatan 6,3 skala Richter. .
Michelson, Pease dan Pearson pada tahun 1932
Setelah tahun 1927, banyak pengukuran kecepatan cahaya muncul menggunakan metode elektro-optik baru, yang memberikan nilai kecepatan cahaya yang jauh lebih rendah daripada yang ditentukan oleh Michelson dengan metode optik pada tahun 1926.
Michelson terus mencari metode pengukuran yang akan mengecualikan pengaruh gangguan atmosfer. Pada tahun 1930, ia mulai, bersama dengan Francis Pease dan Fred Pearson, mengukur kecepatan cahaya dalam tabung hampa udara sepanjang 1,6 km. Michelson meninggal setelah ke-36 dari total 233 pengukuran yang dilakukan. Eksperimen terhambat terutama oleh ketidakstabilan geologis dan kondensasi dalam pipa. Pada akhirnya, percobaan memberikan nilai 299.774 ± 11 km / s, yang bertepatan dengan hasil metode elektro-optik.
interferometri
Pada tahun 1881, Michelson melakukan pengalaman fisik(Eksperimen Michaelson) pada interferometernya untuk mengukur ketergantungan kecepatan cahaya pada gerakan Bumi. Hasil eksperimennya negatif - kecepatan cahaya sama sekali tidak bergantung pada kecepatan gerakan Bumi dan arah kecepatan yang diukur.
Pada tahun 1887, Michelson, bekerja sama dengan E. W. Morley, melakukan percobaan yang dikenal sebagai percobaan Michelson-Morley. Dalam percobaan ini, kecepatan gerakan bumi relatif terhadap eter ditentukan. Bertentangan dengan harapan, eksperimen (serta modifikasi selanjutnya dan lebih tepat yang dilakukan hingga saat ini) tidak mengungkapkan pergerakan Bumi relatif terhadap eter. Einstein, dalam artikel pertamanya tentang teori relativitas, menyebutkan "usaha yang gagal untuk mendeteksi gerakan Bumi relatif terhadap" medium bercahaya "" dan atas dasar ini membangun kinematika universal baru (tidak hanya untuk fenomena elektromagnetik). Eksperimen Michelson menjadi dasar dan konfirmasi eksperimen pertama dari teori relativitas.
Pada tahun 1920, Michelson melakukan eksperimen untuk mengukur ukuran sudut bintang. Untuk melakukan ini, ia menggunakan interferometer dengan panjang lengan 6 m. Cahaya dari interferometer dikirim menggunakan cermin ke input teleskop 254 cm. Dalam hal ini, sistem garis diamati di teleskop. Ketika lengan interferometer diperpanjang, pinggirannya menghilang. Dari jarak antara cermin interferometer, dimungkinkan untuk menentukan ukuran sudut bintang, dan pada jarak yang diketahui ke bintang, juga diameternya. Michelson dengan demikian menentukan diameter bintang Betelgeuse.
Penyimpanan
Pada tahun 1970, Persatuan Astronomi Internasional menamai kawah tersebut dengan sisi belakang Bulan. Medali Albert Michelson dari Institut Franklin dinamai menurut namanya.
Bibliografi
- A. A. Michelson, "Penelitian dalam Optik", URSS Publishing House, Moskow, 2004. ISBN 5-354-00945-6
- Albert A. Michelson, MS, Gerakan Bumi Relatif Angkatan Laut AS dan Eter Bercahaya (1881). (Gerakan relatif Bumi dan eter bercahaya. Albert A. Michelson, Master, Angkatan Laut AS) // The American Journal of Science. 1881. Seri III. Jilid XXII, No. 128. Hal. 120-129. Terjemahan dari bahasa Inggris. L.S. Knyazeva.
- Albert A. Michelson, Master, Angkatan Laut AS, Gerakan relatif Bumi dan eter bercahaya (1887) // The American Journal of Science. 1881. Seri III. Jilid XXII, No. 128. Hal. 120-129. Terjemahan dari bahasa Inggris. L.S. Knyaeva.
- A.A.Michelson. “Pengaruh rotasi bumi terhadap kecepatan cahaya. Bagian I "(1925) (Pengaruh rotasi bumi pada kecepatan cahaya. Bagian. 1. A.A. Michelson) // The Astrophys. J. April 1925. Vol. LXI. 5. H. 137-139. Terjemahan dari bahasa Inggris. L.S. Knyaeva.
- A. A. Michelson, Henry G. Gel, Pelaporan tambahan oleh Fred Pearson. “Pengaruh rotasi bumi terhadap kecepatan cahaya. Bagian II ". (1925) (Pengaruh rotasi bumi terhadap kecepatan cahaya. Bagian II. A.A. Michelson, Henry G. Gale. Dibantu oleh Fred Pearson) // The Astrophysical J. April 1925. Vol LXI. 5. Hal. 140-145. Terjemahan dari bahasa Inggris. L.S. Knyazeva.
- Konferensi percobaan Michelson-Morley Diadakan di Observatorium Mount Wilson, Pasadena, California, 4 dan 5 Februari 1927) // The Astrophysical Journal. Desember 1928. Jil. LXVIII, No. 5.P.341-402. Terjemahan dari bahasa Inggris. V. A. Atsyukovsky dan L. S. Knyazeva.
- A. A. Michelson, F. G. Pease dan F. Pearson. Pengulangan percobaan Michelson-Morley Oleh F.F. Micheson, F.G. Pease dan F.Pearson // Optical Society of America. Jurnal Masyarakat Optik Amerika dan Tinjauan Instrumen Ilmiah. Maret 1929. Vol 18, No 3.P.181-182. Terjemahan dari bahasa Inggris. V.A. Atsyukovsky.
Hipotesis eter dunia. Eksperimen oleh Michelson dan Morley
K. Maxwell menemukan persamaan elektrodinamika yang benar, dengan mengandalkan gagasan eter yang pada akhirnya menjadi usang. Semua gelombang yang dikenal pada waktu itu hanya dapat merambat di media yang berbeda, oleh karena itu tidak hanya Maxwell, tetapi semua fisikawan percaya bahwa gelombang elektromagnetik adalah getaran elastis dari beberapa media yang paling ringan dan tersebar luas. Lingkungan ini disebut dunia eter. Karena gelombang elektromagnetik adalah gelombang transversal, maka perlu diasumsikan bahwa eter itu padat.
Eksperimen terkenal A. Michelson (lihat interferometer Michelson) memutuskan untuk mencoba mendaftarkan keberadaan eter secara eksperimental dan mengukur kecepatan penerbangan Bumi melalui eter. Untuk tujuan ini ia menggunakan interferometernya. Mari kita ingat cara kerjanya. Seberkas cahaya sejajar jatuh pada plastik transparan P berorientasi pada sudut 450
ke balok. Sebagian cahaya diteruskan, dan sebagian lagi dipantulkan. Cahaya yang dipantulkan mengenai cermin 1 dan, kembali, melewati pelat tembus pandang ke layar E... Balok yang telah melewati pelat jatuh di cermin lain selama perjalanan pertama. Z2 dan, kembali, dipantulkan dari pelat tembus pandang ke layar. Superposisi dua berkas yang melewati jalur yang berbeda memberikan pola interferensi. Perbedaan sudut kecil antara cermin dari 900
mengarah pada fakta bahwa pola interferensi adalah sistem pinggiran interferensi.
Interferometer berbaris di sepanjang perkiraan kecepatan Bumi relatif terhadap eter. Jika, untuk sederhananya, kita asumsikan bahwa panjang lengan interferometer adalah sama, maka cahaya yang merambat sepanjang dan melintasi gerakan Bumi akan membutuhkan waktu yang berbeda untuk mencapai layar. Jika sekarang interferometer berubah menjadi 900 , maka waktu tunda balok akan berubah tempat dan pola interferensi akan bergeser. Pergeseran dapat digunakan untuk menentukan waktu tunda dan, dengan demikian, kecepatan Bumi relatif terhadap eter stasioner.
Soal 3... Katakanlah Bumi bergerak relatif terhadap eter dengan kecepatan v. Hitung pergeseran yang diharapkan dari pola interferensi (dalam satuan jarak antara intensitas maxima) pada panjang gelombang cahaya aku, setelah memutar interferometer dengan 900 dengan panjang lengan interferometer L.
Eksperimen yang dilakukan bersama dengan Morley menunjukkan bahwa tidak ada pergeseran pola interferensi ketika interferometer diputar oleh 900 tidak kelihatan. Oleh karena itu, perlu untuk menarik kesimpulan: apakah eter sepenuhnya terbawa oleh Bumi dan gerakan relatif Bumi dan eter tidak ada, atau eter tidak ada, dan proses perambatan cahaya bukanlah perambatan. dari gelombang elastis. Michelson menyimpulkan bahwa eter sepenuhnya terbawa oleh Bumi.
2.2 Kontradiksi eksperimental terhadap hipotesis
hobi eter
Asumsi tentang entrainment lengkap eter oleh Bumi bertentangan dengan fakta eksperimental lainnya. Jadi, astronom Inggris J. Bradley menemukan bahwa bintang-bintang paling jauh membuat gerakan tahunan yang tampak dalam lingkaran atau elips. Fenomena ini disebut penyimpangan cahaya bintang... Ternyata diameter sudut lintasan hampir semua bintang sama dan sama dengan 40,5 detik busur. Penjelasan dasar tentang aberasi menjadi sederhana dan jelas jika kita membuat analogi antara perambatan cahaya dan jatuhnya tetesan air hujan. Ketika tidak ada angin, pengamat diam melihat tetesan jatuh secara vertikal. Namun, jika Anda duduk di dalam mobil yang bergerak, Anda dapat melihat jatuhnya tetesan secara miring. Hujan turun dari atas dan dari depan.
Masalah 4... Biarkan kecepatan jatuh tetesan hujan relatif terhadap Bumi menjadi C, kecepatan kendaraan sama dengan v. Berapa sudut di mana tetesan dapat terlihat jatuh dari mobil? Dengan menggunakan hasil ini dan data tentang diameter sudut semu dari lintasan bintang, tentukan kecepatan cahaya. Kecepatan orbit bumi adalah 30 km / detik.
Jika eter benar-benar terbawa oleh Bumi, maka tidak akan ada penyimpangan.
Kesimpulan
Jadi, dari eksperimen Michelson dan dari fenomena yang mirip dengan penyimpangan cahaya bintang, harus disimpulkan: kecepatan cahaya dalam kerangka acuan apa pun adalah sama dan sama. C.[Pengukuran paling akurat saat ini memberikan nilai c = (2,997925 ± 0,000003) × 108m / dtk.]
Mari kita asumsikan bahwa sinyal cahaya dari Bumi diterima di pesawat ruang angkasa yang berangkat dari Bumi dengan kecepatan tinggi. Saat mengukur kecepatan rambatnya, nilai C terlepas dari kecepatan kapal: C- v = c!Atau contoh lain. Saat ini, telah dipastikan bahwa galaksi-galaksi yang jauh dari tata surya sedang berhamburan. Alam semesta mengembang. Kecepatan melarikan diri semakin besar, semakin jauh galaksi. Galaksi yang sangat jauh melarikan diri dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Namun, cahaya yang datang dari galaksi ini memiliki kecepatan C... Fakta ini, serta eksperimen elektrodinamika, berbicara tentang perlunya mengabaikan transformasi koordinat dan kecepatan Galilea, aturan untuk menambahkan kecepatan.
Eksperimen A. Michelson dan teori relativitas khusus
Seperti yang telah disebutkan di bagian dunia mikro, fisika baru lahir pada pergantian abad ke-19 dan ke-20, karena sains klasik tidak dapat menjelaskan hasil sejumlah eksperimen yang dilakukan pada abad ke-19. Pencarian untuk menjelaskan sinar-X dan radioaktivitas memunculkan mekanika kuantum dan fisika nuklir. A. Teori relativitas Einstein tumbuh dari upaya untuk menjelaskan hasil pengalaman fisikawan dan insinyur Amerika Albert Michelson(1852 - 1931) tentang penentuan kecepatan cahaya relatif terhadap eter stasioner, yang keberadaannya disarankan oleh J. Maxwell. Hasil eksperimen Michelson, di mana ia menerima Hadiah Nobel, tidak terduga: ternyata 1) kecepatan cahaya tidak bergantung pada kecepatan sumbernya; 2) bahwa itu adalah konstanta dunia dan konstan dalam semua kerangka acuan inersia; 3) bahwa itu tidak dapat dilampaui. yaitu kecepatan cahaya adalah kecepatan maksimum transmisi sinyal. Hasilnya, hasil yang diperoleh A. Michelson menunjukkan bahwa eter tidak ada.
Hasil ini adalah yang pertama dari "paus" di mana spesial teori relativitas. "Paus" kedua adalah prinsip relativitas G. Galileo, yang dirumuskan ulang oleh A. Einstein sebagai berikut: semua kerangka acuan inersia setara satu sama lain dalam hal pengaturan eksperimen fisik apa pun di dalamnya, dan tidak ada satu pun darinya (sehubungan dengan yang eternya tidak bergerak) memiliki keunggulan dibandingkan yang lain.
A. Einstein adalah ahli teori terbesar, dan ketika mengerjakan teori relativitas, dia menggunakan metode eksperimen mental yang disebut "kapal A. Einstein." Inti dari percobaan ini adalah sebagai berikut. Sebuah kapal berlayar di sepanjang pantai, di dalamnya seekor tikus berlari ke arah pergerakan kapal. Kecepatan tikus relatif terhadap pantai adalah jumlah kecepatannya sendiri relatif terhadap kapal dan kecepatan kapal relatif terhadap pantai. Jika kita berasumsi bahwa kecepatan kapal mendekati kecepatan cahaya (secara teori dimungkinkan), maka kecepatan mouse relatif terhadap pantai akan melebihi kecepatan cahaya, yang bertentangan dengan hasil eksperimen A. Michelson.
Untuk menyelesaikan kontradiksi yang muncul, A. Einstein harus mengubah paradigma: melalui penalaran logis dan perhitungan matematis, ia sampai pada kesimpulan bahwa pada kecepatan tinggi sepadan dengan kecepatan cahaya (dan ini adalah kecepatan MEGAMIR). , yang objeknya adalah bintang, galaksi dan alam semesta), paradigma Newton tentang kemutlakan dan kemandirian ruang dan waktu tidak berlaku. Dari sini dapat disimpulkan bahwa pada kecepatan tinggi ruang dan waktu saling berhubungan, dan waktu menjadi koordinat keempat, yaitu. ruang dalam kondisi ini setidaknya memiliki empat dimensi.
Hal ini menyebabkan tiga konsekuensi:
1) pada kecepatan tinggi yang sepadan dengan kecepatan cahaya,
jarak diperpendek, segmen diperpendek dan dengan kecepatan
ringan (jika ternyata dapat dicapai), berkontraksi ke suatu titik;
2) pada kecepatan tinggi, waktu melambat; contoh Einstein yang terkenal, yang ia sebut "paradoks kembar": di Bumi pada hari yang sama, dua anak laki-laki kembar lahir, yang satu melakukan penerbangan luar angkasa yang panjang, yang lain menghabiskan seluruh hidupnya di Bumi. Ketika astronot kembali ke rumah, dia akan tetap muda (pada kecepatan penerbangan luar angkasa yang sangat besar, waktu akan mengalir lebih lambat daripada di Bumi), dan saudaranya akan menjadi orang yang sangat tua.
3) berat badan tidak tergantung pada kecepatan tubuh. Oleh karena itu berikut ini
tidak ada benda bermassa selain nol yang dapat dipercepat ke
kecepatan cahaya, karena itu akan membutuhkan energi yang tak ada habisnya.
Selanjutnya, A. Einstein menemukan hubungan antara massa dan energi: massa suatu benda adalah ukuran energi yang terkandung di dalamnya. Ini adalah bagaimana rumus terkenal = mc2 muncul, di mana E adalah energi diam sebuah partikel, m adalah massa diamnya, c adalah kecepatan cahaya.
Konfirmasi eksperimental dari teori relativitas khusus datang dari dunia mikro. Ternyata dalam percobaan dengan partikel elementer, yang dipercepat ke kecepatan yang sangat tinggi dalam akselerator khusus, untuk kesepakatan yang baik antara data eksperimental dan yang dihitung, orang harus memperhitungkan efek peningkatan massa, yang disebut koreksi relativistik ke massa (kata bahasa Inggris "relativ" berarti "relatif"). Perlambatan waktu secara eksperimental sudah direkam pada kecepatan penerbangan luar angkasa (di Luar Angkasa, jamnya sedikit tertinggal). Semua hal di atas menunjukkan bahwa teori relativitas khusus tidak hanya menjelaskan megaworld, tetapi juga mikrokosmos. Dalam makrokosmos, kecepatan terlalu rendah dan massa terlalu besar untuk mengamati efek relativistik secara eksperimental.
Jadi, teori relativitas khusus mengatakan bahwa pada kecepatan tinggi (di dunia mega dan mikrokosmos), hubungan antara ruang dan waktu terwujud, mis. setidaknya empat dimensi ruang-waktu terwujud. Dalam makrokosmos, kecepatannya sangat kecil sehingga hubungan antara ruang dan waktu tidak dapat diperbaiki secara eksperimental.
Seperti apa pengalaman Michelson?
Safir
Sulit membayangkan kehampaan mutlak - kehampaan total yang tidak mengandung apa pun. Kesadaran manusia berusaha untuk mengisinya dengan setidaknya sesuatu yang material, dan selama berabad-abad sejarah manusia diyakini bahwa ruang dunia dipenuhi dengan eter. Idenya adalah bahwa ruang antarbintang dipenuhi dengan semacam zat halus yang tidak terlihat dan tidak berwujud. Ketika sistem persamaan Maxwell diperoleh, meramalkan bahwa cahaya merambat di ruang angkasa dengan kecepatan yang terbatas, bahkan penulis teori ini sendiri percaya bahwa gelombang elektromagnetik merambat dalam suatu medium, sama seperti gelombang akustik merambat di udara, dan gelombang laut merambat di air. Pada paruh pertama abad ke-19, para ilmuwan bahkan dengan hati-hati mengerjakan model teoretis eter dan mekanisme perambatan cahaya, termasuk semua jenis tuas dan sumbu, yang diduga mempromosikan perambatan gelombang cahaya vibrasi di eter.
Pada tahun 1887, dua fisikawan Amerika - Albert Michelson dan Henry Morley - memutuskan untuk bersama-sama melakukan percobaan yang dirancang untuk membuktikan sekali dan untuk semua orang yang skeptis bahwa luminiferous ether benar-benar ada, mengisi Semesta dan berfungsi sebagai media di mana cahaya dan gelombang elektromagnetik lainnya menyebarkan. Michelson memiliki otoritas yang tidak perlu dipertanyakan lagi sebagai perancang instrumen optik, dan Morley terkenal sebagai fisikawan eksperimental yang tak kenal lelah dan sempurna. Pengalaman yang mereka temukan lebih mudah untuk digambarkan daripada untuk dilakukan dalam praktik.
Michelson dan Morley menggunakan interferometer - alat pengukur optik di mana seberkas cahaya dibelah dua oleh cermin semitransparan (pelat kaca berwarna perak di satu sisi hanya cukup untuk membiarkan sebagian sinar cahaya yang masuk melewati dan sebagian memantulkannya; teknologi serupa digunakan saat ini di kamera SLR) ... Akibatnya, sinar terbelah dan dua sinar koheren yang dihasilkan menyimpang pada sudut kanan satu sama lain, setelah itu mereka dipantulkan dari dua reflektor yang berjarak sama dari cermin semitransparan dan kembali ke cermin semitransparan, sinar yang dihasilkan memungkinkan pengamatan. pola interferensi dan mengungkapkan desinkronisasi sedikit pun dari dua sinar (penundaan satu sinar relatif terhadap yang lain; lihat Interferensi).
Eksperimen Michelson-Morley pada prinsipnya bertujuan untuk mengkonfirmasi (atau menyangkal) keberadaan eter dunia dengan mengungkapkan "angin eterik" (atau fakta ketidakhadirannya). Memang, bergerak dalam orbit mengelilingi Matahari, Bumi bergerak relatif terhadap eter hipotetis selama enam bulan di satu arah, dan enam bulan berikutnya di arah lain. Akibatnya, selama setengah tahun "angin eterik" harus bertiup di atas Bumi dan, sebagai akibatnya, menggeser pembacaan interferometer ke satu arah, selama setengah tahun - ke arah lain. Jadi, mengamati pengaturan mereka selama satu tahun, Michelson dan Morley tidak menemukan perubahan dalam pola interferensi: ketenangan yang sangat halus! (Eksperimen modern semacam ini, yang dilakukan dengan akurasi setinggi mungkin, termasuk eksperimen dengan interferometer laser, telah menghasilkan hasil yang serupa.) Jadi: angin eter, dan, oleh karena itu, eter tidak ada.
Dengan tidak adanya angin eterik dan eter, dengan demikian, konflik tak terpecahkan antara mekanika klasik Newton (menyiratkan kerangka acuan absolut tertentu) dan persamaan Maxwell (yang menurutnya kecepatan cahaya memiliki nilai batas yang tidak bergantung pada pada pilihan kerangka acuan) menjadi jelas, yang pada akhirnya menyebabkan munculnya teori relativitas. Eksperimen Michelson-Morley akhirnya menunjukkan bahwa tidak ada "kerangka acuan absolut" di alam. Dan, tidak peduli seberapa banyak Einstein kemudian mengklaim bahwa dia tidak memperhatikan hasil penelitian eksperimental ketika mengembangkan teori relativitas, hampir tidak ada keraguan bahwa hasil eksperimen Michelson-Morley berkontribusi pada penerimaan yang cepat dari teori relativitas seperti itu. teori radikal oleh komunitas ilmiah secara serius.
Eksperimen Michelson adalah eksperimen fisika yang dipentaskan oleh Michelson pada tahun 1881 dengan tujuan mengukur ketergantungan kecepatan cahaya pada gerak Bumi relatif terhadap eter. Pada saat itu, eter dipahami sebagai media yang mirip dengan materi terdistribusi volumetrik, di mana cahaya merambat seperti getaran suara. Hasil eksperimennya negatif - kecepatan cahaya sama sekali tidak bergantung pada kecepatan gerakan Bumi dan arah kecepatan yang diukur. Kemudian, pada tahun 1887, Michelson, bersama dengan Morley, melakukan eksperimen serupa, tetapi lebih akurat, yang dikenal sebagai eksperimen Michelson-Morley, dan menunjukkan hasil yang sama. Pada tahun 1958, percobaan yang lebih akurat dilakukan di Universitas Columbia (AS) menggunakan sinar dua maser yang diarahkan secara berlawanan, yang menunjukkan ketidakvariasian frekuensi dari gerakan Bumi dengan akurasi sekitar 10-9% ( kepekaan terhadap kecepatan gerak bumi relatif terhadap eter adalah 30 m/s). Pengukuran yang lebih akurat pada tahun 1974 membawa sensitivitas menjadi 0,025 m / s. Versi modern dari percobaan Michelson menggunakan resonator gelombang mikro optik dan kriogenik dan memungkinkan untuk mendeteksi penyimpangan dari anisotropi kecepatan cahaya jika itu beberapa unit dalam 10-16.
Eksperimen Michelson merupakan dasar empiris dari prinsip invarian kecepatan cahaya, yang termasuk dalam teori relativitas umum (GR) dan teori relativitas khusus (STR).
Bernard Jeff
5. Eksperimen Michelson-Morley
Case School of Applied Science, yang membuka pintunya bagi siswa pada tahun 1881 dan kemudian berubah menjadi Case Institute of Technology, bertempat di bekas rumah Case di Rockville Street, dekat alun-alun pusat Cleveland. Hal pertama yang harus dilakukan Michelson setelah menjalankan tugasnya adalah melengkapi laboratorium di gedung tambahan di halaman sekolah.
Universitas Cadangan Barat, yang dipindahkan ke Cleveland pada musim panas 1882 dari Hudson, Ohio, terletak di sebelah perkebunan Case. Di seberang jalan, seratus meter dari laboratorium Michelson, terdapat Adelbert Hall - salah satu gedung universitas tempat profesor kimia Edward W. Morley bekerja.
Michelson dan Morley segera bertemu dan menjadi dekat atas dasar kepentingan ilmiah yang sama. Bersama-sama mereka pergi ke konferensi ilmiah di Baltimore, Montreal dan kota-kota lain, dan semakin baik mereka mengenal satu sama lain, semakin simpati dan rasa hormat mereka tumbuh.
Secara lahiriah, kedua ilmuwan ini tampak sangat berbeda. Morley lebih dari lima belas tahun lebih tua dari Michelson dan keturunan dari imigran Inggris yang meninggalkan Kepulauan Inggris pada awal abad ke-17. Ayahnya adalah seorang imam Kongregasi, dan dia sendiri lulus dari seminari di Andover, Massachusetts pada tahun 1864 dan bersiap untuk ditahbiskan.Karirnya adalah contoh bagaimana gairah berubah menjadi pekerjaan seumur hidup. Karena tidak menerima departemen spiritual yang sesuai, ia mengambil kimia, yang sampai saat itu ia hanya terlibat dalam seorang amatir. Pada tahun 1868, Western Reserve University menawarinya jabatan profesor kimia dan filsafat alam. Morley sangat religius dan dari waktu ke waktu berkhotbah di gereja-gereja sekitarnya. Selain itu, dia setuju untuk menerima jabatan profesor di Western Reserve hanya dengan syarat bahwa dia akan diizinkan untuk berkhotbah secara teratur di kapel universitas.
Adapun Michelson, dia sangat jauh dari agama. Ayahnya adalah seorang ateis, dan agama tidak mengambil tempat dalam kehidupan keluarga mereka. Dengan demikian, dia tidak bergabung dengan kepercayaan kuno nenek moyangnya dan menjadi orang yang tidak percaya sepanjang hidupnya. Ia menitipkan pengasuhan anak dalam semangat agama kepada istrinya. Mengagumi keajaiban alam, ia tetap menolak untuk menghubungkannya dengan pencipta tertentu. Suatu malam berbintang, menunjukkan dan menamai rasi bintang di langit kepada anak-anaknya, dia berkata: "Anda bisa melupakan nama rasi bintang, tapi saya menganggap orang yang tidak membungkuk di hadapan keajaiban alam tidak layak dihormati." Suatu ketika dia menulis: "Apa yang dapat dibandingkan dalam keindahan dengan korespondensi yang luar biasa antara sarana alam dan tujuannya dan dengan aturan hukum yang tidak berubah-ubah yang mengatur manifestasinya yang tampaknya paling kacau dan kompleks?" Namun, dia tidak mengakui gagasan tentang Tuhan.
Michelson tampan, ramping, dan selalu berpakaian tanpa cela. Pakaian Morley, secara halus, santai dan lengkap akan sesuai dengan ide stereotip seorang profesor yang linglung, jika bukan karena keaktifan gerakan, energi, dan banyak bicara. Dia memakai rambut sebahu dan kumis merah besar yang menonjol hampir ke telinga. Dia sudah menikah tapi tidak punya anak.
Namun, Michelson dan Morley memiliki banyak kesamaan. Keduanya menyukai musik. Michelson memainkan biola dengan baik dan Morley adalah organis yang sangat baik. Keduanya dibedakan oleh kecerdikan mereka dalam alat ukur yang tepat dan ketelitian yang luar biasa dalam pekerjaan mereka. Morley, seperti Michelson, tidak melewatkan sedikit pun dan, seperti dia, yang melakukan studi tentang masalah ilmiah apa pun, tidak mundur sampai dia menyelesaikan masalah itu.
Sebelum bertemu dengan Michelson, Morley, memeriksa laporan persentase yang berbeda dari oksigen dalam sampel udara yang berbeda, melakukan studi tentang berat relatif oksigen dan hidrogen dalam komposisi air murni. Penelitian ini memakan waktu hampir dua puluh tahun. Dia melakukan ribuan percobaan, banyak dengan biaya sendiri. Dia menganalisis sampel air suling yang tak terhitung jumlahnya dengan elektrolisis dan air yang disintesis menggunakan metode percikan listrik, menggabungkan jumlah tertentu dari dua elemen. Sebagai hasil dari penelitian bertahun-tahun, ia menentukan bobot elemen-elemen ini ke tempat desimal kelima. Satu liter oksigen memiliki berat 1,42900 g, dan hidrogen 0,89873 g, dengan kemungkinan kesalahan satu tiga ratus ribu. Nilai-nilai ini diterima secara universal sebagai standar, seperti rasio hidrogen terhadap oksigen yang diperoleh Morley 1,0076 berbanding 16. Eksperimen Morley klasik dan membuatnya mendapat pengakuan dunia.
Pengaruh gerak medium terhadap kecepatan cahaya
Lord Kelvin dan Lord Rayleigh meminta Michelson untuk menguji pengaruh gerak medium terhadap kecepatan cahaya. Michelson memutuskan untuk mengambil air sebagai media bergerak dan berbagi idenya dengan Morley. Dia menawarkan laboratoriumnya untuk bekerja. Itu ditempatkan di ruang bawah tanah yang besar, dan kondisi di dalamnya ideal untuk pengalaman yang telah dibayangkan Michelson. Morley bukanlah fisikawan spesialis, tetapi dia cerdas, banyak akal, dan bersemangat tentang masalah itu. Pada tahun 1860, saat masih mahasiswa, ia pernah bekerja di bidang astronomi. Michelson memberi tahu dia tentang tugas di depan mereka dan tentang perangkat yang dia pikirkan untuk digunakan. Morley sudah siap untuk segera pergi bekerja. Namun, pada bulan September 1885, ketika pekerjaan percobaan masih dalam tahap awal, Michelson muncul di laboratorium di pagi hari dalam keadaan yang benar-benar menyedihkan. Dia memberi tahu Morley bahwa dia menderita kelelahan saraf dan perlu istirahat lama. Dia bilang dia harus keluar dari Cleveland setidaknya selama satu tahun. Akankah Morley setuju untuk menyelesaikan perangkatnya sendiri, melakukan eksperimen, dan mempublikasikan hasilnya? Dia memberi Morley sejumlah uang yang dia terima untuk eksperimennya, dan menambahkan $ 100 dari miliknya sendiri. Morley kemudian menerima surat dari Michelson dari New York. Mereka berkorespondensi secara teratur tentang percobaan. Empat bulan kemudian, Michelson melakukan kunjungan mendadak ke Cleveland dan menawarkan untuk terus bekerja sama. Kesehatannya meningkat secara signifikan dan dia mampu membawa pengalaman itu sampai akhir. Pada tahun 1886, dalam American Journal of Science, ditandatangani oleh keduanya, karya "Pengaruh Gerak Media pada Kecepatan Cahaya" muncul. Michelson dan Morley menemukan bahwa pergerakan air mempengaruhi kecepatan cahaya, tetapi tidak dengan cara yang sama seperti yang diharapkan dari teori eter. Pengalaman mereka membenarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Fizeau pada tahun 1851. Dua institusi pendidikan sekaligus - University of Western Reserve dan Stevens Institute of Technology memberikan Michelson gelar Ph.D. Ini merupakan gelar akademik pertama Michelson, karena pada masanya Akademi Maritim belum berhak memberikan gelar Bachelor of Science.
Sekarang, memiliki perangkat yang ditingkatkan dan memperkaya pengalamannya, Michelson dapat kembali ke eksperimen dengan eter, yang telah dia tunda begitu lama. Dalam pekerjaan ini, Morley juga harus ambil bagian. Mereka penuh dengan harapan yang paling cemerlang, dan Morley menulis kepada ayahnya pada tanggal 17 April 1887: “Michelson dan saya telah memulai eksperimen baru, yang menunjukkan apakah kecepatan rambat cahaya ke segala arah adalah sama. Saya tidak ragu bahwa kita akan mendapatkan jawaban akhir." Tentu saja, Morley mendefinisikan tujuan percobaan dengan cara yang agak disederhanakan. Michelson dan Morley akan berusaha keras untuk "menangkap" siaran yang sulit dipahami. Dalam kasus hasil positif, sains tidak hanya akan menerima kecepatan orbit Bumi relatif terhadap eter, tetapi juga kecepatan rotasinya di sekitar porosnya, dan, mungkin, bahkan metode untuk menentukan kecepatan gerakan di bumi. ruang seluruh tata surya. Ini akan menjadi upaya pertama, menggunakan fenomena optik lokal, untuk menentukan gerakan absolut Bumi di ruang angkasa, yang diidentifikasi dengan eter.
Perangkat Michelson-Morley
Perangkat yang mereka rancang ternyata memiliki struktur yang sangat masif. Itu terdiri dari lempengan batu dengan luas sekitar 150 sentimeter persegi dan tebal sekitar 30 sentimeter.Empat cermin yang terbuat dari paduan tembaga, timah, dan arsenik dipasang di lempengan itu, serta semua peralatan lainnya, termasuk pembakar Argan. Untuk memastikan posisi lempengan batu yang benar-benar horizontal dan untuk menghindari kesalahan akibat getaran, gesekan dan tegangan, lempengan tersebut diapungkan dalam merkuri yang dimurnikan Morley. Merkuri dituangkan ke dalam bejana besi tuang berbentuk cincin dengan ketebalan dinding sekitar 1,5 cm; dudukan kayu berbentuk donat melayang di atas air raksa, dan sebuah lempengan batu sudah dipasang di atasnya. Batang aksial memastikan konsentrisitas pelampung kayu dan bejana besi cor. Kesenjangan antara dinding kapal dan tepi luar pelampung kurang dari 1,5 cm (Gbr. 9).
Beras. 9. Michelson - instalasi Morley.
Sebuah lempengan batu besar dan sangat berat diletakkan di atas pelampung kayu yang direndam dalam cairan merkuri. Wadah berisi merkuri berbentuk donat. Mengambang dalam cairan, lempengan batu dan dudukan kayu mempertahankan posisi horizontal yang ketat.
Kapal besi tuang itu bersandar pada penyangga, yang merupakan segi delapan bata yang miring, di dalamnya dituangkan semen. Pondasi interferometer masuk jauh ke dalam tanah, sampai ke batuan dasar, karena lapisan atas tanah tidak cukup stabil. Enam belas tanda dibuat di sekitar keliling kapal, pada jarak yang sama satu sama lain. Penutup kayu melindungi bagian optik perangkat (cermin di setiap sudut kompor) dari arus udara dan perubahan suhu yang tiba-tiba.
Ketahanan terhadap pergerakan alat berat diminimalkan, dan dengan menerapkan sedikit kekuatan di sekitar kelilingnya, itu bisa diberikan rotasi yang lambat, halus dan terus menerus. Satu putaran penuh diselesaikan dalam waktu sekitar 6 menit. Pengamat berjalan di sekitar peralatan, bergerak bersamaan dengan lempengan batu yang berputar, dan secara berkala berhenti, mengintip ke teleskop kecil untuk memeriksa apakah pinggiran interferensi telah bergeser. Perpindahan seperti itu berarti perubahan kecepatan cahaya dalam arah ini (Gbr. 10).
Beras. 10. interferometer Michelson-Morley.
Prinsip operasinya sama dengan perangkat yang ditunjukkan pada Gambar. delapan.
Butuh beberapa bulan untuk menyesuaikan perangkat unik ini. Pada akhirnya, Michelson berhasil mencatat perpindahan sedikit pun dari pinggiran interferensi. Morley dan Michelson bergantian berjalan di sekitar perangkat dan melihat melalui teleskop.
Mereka berasumsi bahwa harus ada dua hari dalam setahun ketika efek bias maksimum akan diamati (jika efek seperti itu ada sama sekali). Suatu hari Bumi akan bergerak ke arah yang berlawanan dengan arah pergerakannya pada hari itu.
Mereka melakukan pengamatan setiap hari pada pukul dua belas siang dan pukul enam sore di enam belas arah yang berbeda. Menatap mata mereka, mereka mengintip ke pinggiran gangguan, mencoba menentukan perpindahan mereka.
Percobaan selesai pada Juli 1887. Ketika semua hasil dikumpulkan dan dianalisis, semua perhitungan dibuat dan diverifikasi berulang kali, para peneliti dihadapkan pada fakta keras kepala yang menghancurkan seluruh teori yang koheren. Terhadap harapan apa pun, tidak ada perpindahan urutan yang diperlukan oleh hipotesis eter stasioner yang ditemukan. Itu seperti hukuman mati untuk gagasan tentang lautan yang masih halus. Michelson agak mendukung teori eter stasioner dan berharap eksperimen akan mengungkapkannya. Bagaimana lagi osilasi elektromagnetik, termasuk gelombang cahaya, dapat merambat? Sekali lagi, hasil eksperimen yang dirancang secara halus dan dilakukan dengan brilian membuat Michelson benar-benar bingung.
"Yang Terbesar dari Semua Hasil Negatif"
Michelson dan Morley mengirim pesan mereka ke American Journal of Science. Itu berjudul: "Pada gerakan relatif Bumi dan eter bercahaya." Pada tahun yang sama juga diterbitkan dalam jurnal bahasa Inggris Philosophical Magazine. Kesimpulan Michelson diketahui oleh para ilmuwan di seluruh dunia. Ke arah mana pun pengamat bergerak, tidak ada perbedaan kecepatan cahaya yang terlihat. Dengan kata lain, saya harus mengakui hal yang luar biasa: tidak peduli seberapa cepat Anda mengejar cahaya, tidak mungkin untuk mengejarnya. Dia akan terus lari dari Anda dengan kecepatan 300.000 km per detik. Kesimpulan ini bertentangan dengan semua pengalaman manusia. Sebuah pesawat terbang yang terbang dengan kecepatan 600 km per jam dengan angin penarik yang bertiup dengan kecepatan 50 km per jam membuat 650 km per jam relatif terhadap beberapa titik tetap. Jika dia terbang melawan angin, kecepatannya akan berkurang menjadi 550 km per jam. Karena Bumi bergerak mengelilingi Matahari dengan kecepatan sekitar 30 km per detik, kecepatan berkas cahaya yang bergerak ke arah yang sama dengan Bumi seharusnya adalah lebih cepat sinar datang dengan arah yang berlawanan. Namun, percobaan Michelson membantah asumsi ini.
Fisikawan dan filsuf Inggris John D. Bernal menyebut penemuan Michelson dan Morley sebagai "hasil negatif terbesar dalam sejarah sains." Namun, Michelson tidak sepenuhnya putus asa dengan hasil pengalamannya. Meskipun mereka mengesampingkan keberadaan eter stasioner, ada satu kemungkinan lagi bahwa "Bumi membawa eter bersamanya, memberikan kecepatan yang hampir sama dengan kecepatan eter itu sendiri, sehingga kecepatan eter dalam kaitannya dengan permukaan bumi adalah nol atau sangat kecil."
Sepuluh tahun setelah publikasi pesan bersejarah ini, Michelson secara eksperimental menguji "hipotesis kedua dengan mengirimkan dua berkas cahaya di sepanjang perimeter persegi panjang yang ditempatkan secara vertikal, yang sisi-sisinya sama dengan 15 dan 60 m. Hasilnya tidak mengkonfirmasi hipotesis ini. .
Michelson tidak yakin bahwa "kegagalan" pengalamannya adalah jawaban akhir. “Karena hasil pengalaman negatif, masalah masih menunggu solusi,” katanya di depan umum. Dan untuk menghibur dirinya sendiri, dia memberikan argumen yang agak tidak terduga: “Menurut pendapat saya, percobaan itu tidak sia-sia, karena pencarian solusi untuk masalah ini mengarah pada penemuan interferometer. Saya pikir semua orang mengakui bahwa penemuan interferometer sepenuhnya mengkompensasi hasil negatif dari pengalaman ini."
Bertahun-tahun kemudian, berbicara di Observatorium Mount Wilson di depan audiens ilmiah, Michelson memberikan penilaian yang sangat berbeda tentang kepentingan relatif dari eksperimen eter dan penemuan interferometer. Dia mengakui klaimnya bahwa alat itu lebih berharga bertentangan dengan "beberapa pertimbangan teoretis penting" yang mengguncang dunia ilmiah. Ternyata selama bertahun-tahun, Michelson, tanpa menyadarinya, menyiapkan bahan dari mana salah satu teori ilmiah terbesar sepanjang masa dibangun di Eropa. Ini adalah salah satu kesempatan langka ketika penemuan asli dibuat di Amerika dan kemudian digunakan di Eropa. Hampir selalu ternyata sebaliknya.
Gagasan percobaan terdiri dari membandingkan lintasan dua jalur oleh cahaya, salah satunya bertepatan dengan arah gerakan tubuh di eter, dan yang lainnya tegak lurus terhadapnya.
Plat B tembus pandang. Di atasnya, berkas dibagi menjadi dua berkas tegak lurus yang koheren menuju cermin D dan C. Pada interferometer terdapat dua berkas koheren yang melewati jalur yang berbeda dari tempat pisahnya.
Jika jalur tersebut telah mereka lewati dalam waktu yang bersamaan, maka mereka akan sampai pada titik temu dalam satu fase dan saling menguatkan. Jika untuk waktu yang berbeda, maka pada titik pertemuan perbedaan fase dan osilasi akan berubah. Mengamati interferensi, seseorang dapat menarik kesimpulan tentang perbedaan fase gelombang koheren yang tiba di interferometer, dan dari sini menghitung waktu tunda satu gelombang relatif terhadap yang lain. Ini dilakukan oleh Michelson dan Morley. Ini adalah salah satu eksperimen paling luar biasa di abad ke-19. Pada dasarnya sederhana, pengalaman ini menyebabkan revolusi dalam sains.
Biarkan perangkat bergerak ke arah lengan BC dengan kecepatan v relatif terhadap eter. Kecepatan cahaya relatif terhadap eter C... Total waktu di mana jalan ke cermin C dan belakang akan tertutup adalah:
Hingga mirror D jalur BDB /
Di sini v adalah kecepatan orbit Bumi mengelilingi Matahari (~ 30 km/s). Karena itu, jika perangkat ada di Bumi, maka. Mengingat kecilnya istilah ini, ekspresi dapat diperluas menjadi seri:
Kita mendapatkan:
Perbedaan lintasan sinar sama dengan:
Sekarang putar perangkat 90 ° sehingga lengan BD bertepatan dengan arah gerakan, dan lengan BC diarahkan tegak lurus. Untuk perbedaan kursus kita mendapatkan:
Perubahan total dalam perbedaan jalur sinar dalam waktu ketika perangkat diputar sama dengan:
Dalam percobaan, perangkat diputar perlahan, karena gerakan sebenarnya perangkat relatif terhadap eter tidak diketahui. Jadi, ketika perangkat diputar 360 °, masing-masing lengan bertepatan dua kali dengan arah gerakan dan dua kali menjadi tegak lurus dengan arah gerakan. Jika perbedaan jalur sinar berubah saat perangkat diputar, maka posisi pinggiran interferensi di bidang pandang juga harus berubah. Mari kita perkirakan nilai perpindahan.
Sehubungan dengan offset dari pinggiran interferensi sama dengan:
jarak antara garis-garis, dan ini dapat dengan mudah diamati dan diukur.
Tetapi secara eksperimental, tidak ada efek yang ditemukan. Kecepatan absolut Bumi ternyata tidak mungkin dideteksi.
Ternyata kecepatan cahaya ke segala arah sama dan tidak ada angin eterik. Komponen kecepatan longitudinal dan transversal selalu sama satu sama lain. Dengan munculnya laser, akurasi eksperimen telah meningkat secara signifikan.
Eksperimen telah menunjukkan bahwa kecepatan cahaya tidak sebanding dengan kecepatan sumber atau kecepatan penerima.
Keteguhan kecepatan cahaya sangat bertentangan dengan konsep eksperimen biasa dan dengan rumus penambahan kecepatan berdasarkan transformasi Galileo. Pada kecepatan yang jauh lebih rendah daripada kecepatan cahaya, defleksi tidak diamati, karena sangat kecil. Ketidaktepatan rumus penambahan kecepatan muncul ketika kecepatan cukup tinggi. Untuk pertama kalinya, penyimpangan ditemukan pada tahun 1860 dalam eksperimen Fizeau.
