19. yüzyılın ikinci yarısında, ışığın yayılmasının doğasına, yerçekiminin etkisine ve diğer bazı fenomenlere ilişkin fiziksel görüşler giderek daha açık bir şekilde zorluklarla karşılaşmaya başladı. Bilimde egemen olan eterik kavramla bağlantılıydılar. Birikmiş çelişkileri çözecek bir deney yapma fikri, dedikleri gibi havadaydı.
1880'lerde, o zamanlar için çok karmaşık ve incelikli bir dizi deney kuruldu - Michelson'ın ışık hızının gözlemcinin hareket yönüne bağımlılığını incelemek için yaptığı deneyler. Bu ünlü deneylerin açıklaması ve sonuçları üzerinde daha ayrıntılı durmadan önce, eter kavramının ne olduğunu ve ışık fiziğinin nasıl anlaşıldığını hatırlamak gerekiyor.
Dünyanın doğasına ilişkin 19. yüzyıl görüşleri
Yüzyılın başında, ışığın dalga teorisi zafer kazandı ve parlak deneysel sonuçlar aldı. Jung ve Fresnel'in eserlerinde onay ve daha sonra - ve Maxwell'in çalışmasında teorik gerekçe. Işık kesinlikle inkar edilemez bir şekilde dalga özellikleri sergiliyordu ve parçacık teorisi açıklayamadığı bir yığın gerçek altında gömülüydü (sadece 20. yüzyılın başında tamamen yeni bir temelde yeniden canlanacaktı).
Ancak, o dönemin fiziği, bir dalganın yayılmasını bir ortamın mekanik titreşimleri dışında başka bir şekilde hayal edemezdi. Işık bir dalgaysa ve boşlukta yayılıyorsa, o zaman bilim adamlarının, ışık dalgalarını ileten titreşimleri nedeniyle boşluğun belirli bir maddeyle dolu olduğunu varsaymaktan başka seçeneği yoktu.
Parlak Eter
Gizli, ağırlıksız, görünmez, hiçbir cihaz tarafından kaydedilmeyen maddeye eter adı verildi. Michelson'ın deneyi, diğer fiziksel nesnelerle etkileşimi gerçeğini doğrulamak için tasarlandı.
Eterik maddenin varlığına dair hipotezler 17. yüzyılda Descartes ve Huygens tarafından ifade edilmiş, ancak 19. yüzyılda hava olarak gerekli hale gelmiş ve aynı zamanda çözümsüz paradokslara yol açmıştır. Gerçek şu ki, genel olarak var olmak için, esirin birbirini dışlayan veya genel olarak fiziksel olarak gerçek dışı niteliklere sahip olması gerekiyordu.
Eter kavramı çelişkileri
Gözlenen dünyanın resmiyle eşleşmesi için, ışık saçan eter kesinlikle hareketsiz olmalıdır - aksi takdirde bu resim sürekli olarak çarpıtılır. Ama onun hareketsizliği Maxwell'in denklemleri ve ilkesiyle uzlaşmaz bir çelişki içindeydi. Galile görelilik. Onların korunması adına, esirin hareket eden cisimler tarafından sürüklendiğini kabul etmek gerekiyordu.
Ayrıca, eterik maddenin kesinlikle katı, sürekli ve aynı zamanda cisimlerin hareketini hiçbir şekilde engellemediği, sıkıştırılamaz olduğu ve ayrıca enine esnekliğe sahip olduğu düşünülüyordu, aksi takdirde elektromanyetik dalgalar iletmezdi. Ek olarak, eter, yine tutku fikrine pek uymayan, her yeri kaplayan bir madde olarak tasarlandı.
Michelson deneyinin fikri ve ilk üretimi
Amerikalı fizikçi Albert Michelson, Maxwell'in 1879'da ölümünden sonra yayınlanan ve Nature dergisinde Dünya'nın hareketini etere göre tespit etmeye yönelik başarısız bir girişimi anlatan Maxwell'in mektubunu okuduktan sonra eter sorunuyla ilgilenmeye başladı.
1881'de, Michelson'ın Dünya ile birlikte hareket eden bir gözlemci olan ethere göre farklı yönlerde yayılan ışığın hızını belirlemek için ilk deneyi gerçekleşti.
Yörüngede hareket eden Dünya, sözde eterik rüzgarın etkisine maruz kalmalıdır - hareketli bir cisim üzerinde çalışan hava akışına benzer bir fenomen. Bu "rüzgar"a paralel yönlendirilen tek renkli bir ışık demeti, biraz hız kaybederek ona doğru hareket edecek ve tam tersi (aynadan yansıyan) ters yönde hareket edecektir. Her iki durumda da hızdaki değişiklik aynıdır, ancak farklı zamanlarda elde edilir: yavaşlamış "yaklaşan" ışının seyahat etmesi daha uzun sürer. Yani ışık sinyali"eter rüzgarına" paralel olarak yayılan, aynı mesafeyi kat eden bir sinyale göre, yine aynadan yansımayla, ancak dik bir yönde zorunlu olarak geciktirilecektir.
Bu gecikmeyi kaydetmek için, Michelson tarafından icat edilen bir cihaz kullanıldı - çalışması tutarlı ışık dalgalarının üst üste binmesi olgusuna dayanan bir interferometre. Dalgalardan biri ertelenirse, ortaya çıkan faz farkı nedeniyle girişim deseni değişecektir.
Michelson'ın aynalar ve bir interferometre ile ilk deneyi, cihazın yetersiz hassasiyeti ve çok sayıda girişimin (titreşim) hafife alınması nedeniyle kesin bir sonuç vermedi ve eleştirilere neden oldu. Doğrulukta önemli bir gelişme gerekliydi.
Tekrarlanan deneyim
1887'de bilim adamı, deneyi vatandaşı Edward Morley ile birlikte tekrarladı. Gelişmiş bir kurulum kullandılar ve yan faktörlerin etkisini ortadan kaldırmak için özel bir özen gösterdiler.
Deneyimin özü değişmedi. Bir mercek vasıtasıyla toplanan ışık demeti, 45°'lik bir açıyla ayarlanmış yarı saydam bir aynaya çarptı. Burada bölündü: bir ışın bölücüden içeri girdi, ikincisi dik bir yöne gitti. Işınların her biri daha sonra sıradan bir düz ayna tarafından yansıtıldı, ışın ayırıcıya geri döndü ve ardından interferometreye kısmen çarptı. Deneyciler "ruhsal bir rüzgar"ın varlığından emindiler ve girişim saçağının üçte birinden daha fazla tamamen ölçülebilir bir kayma elde etmeleri bekleniyordu.
Güneş sisteminin uzaydaki hareketini ihmal etmek imkansızdı, bu nedenle deney fikri, "ruhsal rüzgarın" yönüne ince ayar yapmak için tesisatı döndürme yeteneğini içeriyordu.
Cihazı döndürürken titreşim girişimini ve resmin bozulmasını önlemek için, tüm yapı, saf cıva içinde yüzen ahşap bir toroidal şamandıra ile büyük bir taş levha üzerine yerleştirildi. Kurulumun altındaki temel kayaya gömüldü.
Deneysel sonuçlar
Bilim adamları, plakayı cihazla saat yönünde ve saat yönünün tersine çevirerek yıl boyunca dikkatli gözlemler yaptılar. Girişim deseni 16 yönde kaydedildi. Ve Michelson'ın Morley ile işbirliği içinde gerçekleştirdiği deneyi, kendi dönemi için eşi görülmemiş bir doğruluk oranına rağmen olumsuz bir sonuç verdi.
Işın ayırıcıdan ayrılan faz içi ışık dalgaları, faz kayması olmadan bitiş çizgisine ulaştı. Bu, interferometrenin herhangi bir konumunda her seferinde tekrarlandı ve Michelson'ın deneyindeki ışığın hızının hiçbir koşulda değişmediği anlamına geliyordu.
Deneyin sonuçlarının kontrol edilmesi, lazer interferometreler ve mikrodalga rezonatörler kullanılarak XX yüzyıl da dahil olmak üzere tekrar tekrar yapıldı ve ışık hızının on milyarda biri hassasiyete ulaştı. Deneyimin sonucu sarsılmaz kalır: bu değer değişmez.
Deneyin anlamı
Michelson ve Morley'nin deneylerinden, "ruhsal rüzgar"ın ve sonuç olarak, bu anlaşılması zor maddenin kendisinin basitçe var olmadığı sonucu çıkar. Herhangi bir işlemde herhangi bir fiziksel nesne temelde algılanmıyorsa, bu onun yokluğuyla eşdeğerdir. Zekice sahnelenen deneyin yazarları da dahil olmak üzere fizikçiler, esir kavramının ve onunla birlikte mutlak referans çerçevesinin çöküşünü hemen fark etmediler.
Yalnızca Albert Einstein 1905'te deneyin sonuçlarının tutarlı ve aynı zamanda devrim niteliğinde yeni bir açıklamasını sunmayı başardı. Bu sonuçları olduğu gibi değerlendirerek, onlara spekülatif eter çekmeye çalışmadan Einstein iki sonuca vardı:
- Hiçbir optik deney, Dünya'nın doğrusal ve düzgün hareketini tespit edemez (bunu böyle kabul etme hakkı, gözlem eyleminin kısa süresi ile verilir).
- Herhangi bir eylemsiz referans çerçevesiyle ilgili olarak, ışığın boşluktaki hızı değişmez.
Bu sonuçlar (ilk - Galile'nin görelilik ilkesiyle birlikte) Einstein'ın ünlü postülalarını formüle etmesinin temelini oluşturdu. Böylece Michelson-Morley deneyi, özel görelilik kuramı için sağlam bir ampirik temel olarak hizmet etti.
