Спроба відкрити ефір завдяки експерименту Майкельсона-Морлі

 

Експерим ент, який допоміг Ейнштейну? (фото:geekweek.interia.pl)

За підрахунками 1879 року Альберта Міхельсона, фізика польського походження, народженого в Стшельно, який в молодості емігрував з родиною до США, швидкість світла мала становити 299 853 км/с. Він оцінив похибку в 60 км/с. Значення, отримане шляхом вимірювання спалаху світла між дзеркалами Аннаполіса, відповідало атмосферним спостереженням. 

Двісті років тому Ньютон припустив, що світло складається з маленьких частинок, які рухаються з високою швидкістю. Вони, відбиваючись від предметів, потрапляють нам в очі. Суперник Ньютона Роберт Гук вважав, що світло, як і звук, має хвильову природу, пише Geekweek.

Звук за часів Ньютона розуміли досить добре. Ще стародавні греки знали, що звук породжується вібруючим предметом. На прикладі вібраційного барабана діафрагма повинна була штовхати і витягувати повітря безпосередньо над барабаном. Вони порівняли послану таким чином хвилю з хвилями на воді. Досягаючи нашого вуха, ці хвилі тягнули або штовхали барабанну перетинку. Таким чином в мозок передавалася інформація як про гучність, так і про висоту звуку.

• Резюме новин науки і техніки Китаю

Говорячи про хвилі, варто згадати їх властивості. Одна з них – це втручання. Якщо два об’єкти вібрують, утворені хвилі зустрічаються. Там, де два хребта перекриваються, хвиля посилюється. Там, де хребет зустрічається з долиною, хвилі гасять одна одну. Також варто згадати про поле. Твітер більш спрямований, ніж низькочастотний динамік. Простіше кажучи, якщо направити динамік (особливо дешевий) на себе, звук буде гучнішим. З іншого боку, низький рівень шуму поширюватиметься в усіх напрямках, незалежно від того, куди звернений гучномовець.

СВІТЛО - ЦЕ ХВИЛЯ?

Отримавши деякі відомості про природу хвиль, давайте розглянемо, чи є світло хвилею чи частинками. Аргументом на користь молекулярної природи світла є те, що воно рухається по прямих лініях. Ми чуємо звук навіть в іншій кімнаті. Сховавшись за рогом, ви не побачите жодного предмета в іншій кімнаті . Також було відомо, що світло доходить до нас від сонця та інших зірок. Хвиля повинна проходити через якесь середовище, і повітря не поширюється так далеко. Якби це було так, опір повітря сповільнив би рух інших планет..

Незважаючи на всі ці застереження, на рубежі 18-19 століть передбачалося, що світло має хвильову природу. І причина, чому це було непомітно, була через дуже коротку довжину хвилі. Це відповідало обґрунтованим спостереженням – чим вище частота і коротша довжина хвилі, тим більша тенденція слідувати прямим лініям. При проходженні звукової хвилі середовище, наприклад повітря, хвилясте. Отже, світло як хвиля також має поширюватися в якомусь середовищі. Цей центр називається ефіром, який оточує і пронизує все у Всесвіті. Оскільки ми можемо бачити світло навіть від далеких зірок, ефір також повинен йти туди.

Оскільки розрахунки показали високу швидкість світла, це означає, що ефір повинен бути надзвичайно легким і важко стискатися. З іншого боку, він повинен дозволяти об’єктам у космосі вільно рухатися, інакше планет сповільниться. Крім того, він не може передавати звук, адже ви ніколи не чули звуку з місяця. Тому постало питання: як ми можемо довести його існування?

ЕКСПЕРИМЕНТУЙТЕ

Ось тут і вступає в гру експеримент Майкельсона-Морлі . Дослідник, підбадьорений попереднім успіхом, поставив перед собою завдання виявити ефірний вітер. Він припустив, що оскільки швидкість звуку залежить від повітря, то швидкість світла повинна бути пов’язана з ефіром. Він вирішив виміряти швидкість світла з ефірним вітром і проти вітру.

Експеримент полягав у направленні світлового імпульсу на напівпрозоре дзеркало, розташоване під кутом 45 градусів. Половину імпульсу пропускали через світло, половину відбивали. Обидва імпульси досягали двох дзеркал і відбивалися назад до приймача, створюючи перешкоди. Інтерферометр Майкельсона був розміщений на поворотній платформі, щоб її можна було обертати. Однак, незважаючи на обертання, дослідник не помітив жодних змін у картині інтерференційних смуг. Після публікації результатів пролунали голоси критики, оскільки досвід порушив тодішню модель фізики.. Майкельсон повторив експеримент разом з Едвардом Морлі, збільшивши в десять разів шлях, який має пройти світло. Крім того, використання ртуті зменшило можливість вібрації. Експеримент повторювали багато разів. Руху бахроми не отримано.

У 1887 році вони опублікували результати, що доводять, що ефіру не існує. Вважається, що невдалий експеримент Майкельсона-Морлі призвів до створення спеціальної теорії відносності Альберта Ейнштейна 1905 року, яка передбачала постійну швидкість світла у вакуумі. За словами Хельмута Фріча, почесного професора фізики Чиказького університету, існує суперечка щодо того, чи взагалі Ейнштейн знав про цей експеримент під час своїх досліджень .

Майкельсон перейшов до Університету Кларка в 1889 році, але Вільям Рейні Харпер, засновник Чиказького університету, переконав його заснувати фізичний факультет Чиказького університету. 10 грудня 1907 року він був удостоєний Нобелівської премії з фізики за точні оптичні експерименти.