A Michelson–Morley-kísérletet 1887-ben végezte el Albert Michelson és Edward Morley a mai Case Western Reserve University-n. A kísérlet célja az volt, hogy megmérjék a Földnek az éterhez, illetve az abszolút térhez viszonyított sebességét. A kísérlethez a Michelson által kifejlesztett Michelson-interferométert használták.
A kísérlettel nem sikerült meghatározni az éterhez viszonyított sebességet. Mindenki azt hitte, hogy a kísérleti berendezés volt rossz, és számos tökéletesítést végeztek rajta. Voltaképpen a magyarázat az, hogy nem létezik éter. Ezt azonban csak sokkal később ismerték el.
A könnyebb megértés végett tekintsük a következő analógiát: legyen egy csónak, melynek sebessége álló vízben c, és egy v sebességgel áramló folyó. Ha a csónak l hosszúságú utat teszt meg a folyás iránya mentén és vissza, az utazás időtartama:
(közelítés: Taylor-sorfejtés, a Taylor-sor első két tagja)
Ha a csónak az ugyancsak l szélességű folyó túlsó partján fekvő pontba akar eljutni, szögben kell induljon az áramlással ellentétes irányban, így kiegyenlítse a sodrás hatását. Az effektív sebesség tehát , az oda-vissza út időtartama:
(közelítés: szintén Taylor-sorral)
A t1 és t2 különbözik. Ha ismerjük a csónak c sebességét, az l távolságot és megmérjük a t1 és t2 időtartamokat, ki tudjuk számolni a folyó v áramlási sebességét. A kísérlet ezt az elvet alkalmazza, annyi különbséggel, hogy a csónakot a fénysugár, a folyót pedig az éter helyettesíti.[1]
Képezve a két idő különbségét:
Ahogy a hang sebességét is a levegőhöz viszonyítva adják meg, úgy a fény sebességét is az éterhez viszonyítják. Ha például a hang sebessége 330 m/s, és a megfigyelő 10 m/s sebességgel távolodik a forrástól, akkor a megfigyelőhöz képest a hangsebesség 320 m/s lesz. A Michelson – Morley kísérlet kiindulási hipotézise ugyanez volt: megmérni a fény sebességét a Földhöz képest, és ebből következtetni lehet a Földnek az éterbeli sebességére. A Föld sebességének iránya (és nagysága is) az év során változik a Nap körüli keringés hatására. Tavasszal és ősszel például közel azonos, de más irányú a Föld sebessége.
F: forrás
A, B: tükrök
E: ernyő
A kísérletben használt interferométer a képen van föltüntetve. A forrásból jövő fényt a félig áteresztő tükör két sugárra osztja, amik az A és B tükrökről visszaverődnek. A félig áteresztő tükör újból két részre osztja őket, most viszont a sugaraknak csak az a része érdekes, amelyik az E ernyő felé indult. Az ernyőn interferenciakép fog jelentkezni, ami az ernyőre eső két fénysugár fáziskülönbségéből ered. A fáziskülönbség az út-, illetve időkülönbség miatt jelentkezik:
A kutatók az interferométer egyik karját a Föld sebességvektorával párhuzamosra állították, míg a másik merőleges volt rá. A párhuzamos kar mentén terjedő fény tP idő alatt, míg a merőleges kar mentén terjedő fény tM idő alatt jut az ernyőhöz. Az időkülönbség fáziskülönbséget okoz, ami interferenciagyűrűk formájában jelenik meg az ernyőn. Az egész interferométert 90°-kal elforgatva a másik kar lesz párhuzamos a Föld sebességvektorával. A forgatás közben figyeljük az interferenciagyűrűk változását, ami az időkülönbségtől függ. Ebből meghatározható a Földnek az éterhez viszonyított sebessége.
E kísérlet eredménye, mindenki legnagyobb meglepetésére, negatív volt, vagyis a keresett sebesség mindig nullával volt egyenlő. A kísérletet az év folyamán többször is elvégezték, és mindig ugyanarra az eredményre jutottak.
Morley nem volt elégedett a kísérlet eredményével, és folytatta a kutatást Dayton Millerrel, aki a pontosabb mérések érdekében az interferométer karjait növelte. A Mount Wilsonon felállított interferométer karjai egyenként 16 méter hosszúak voltak. Végül az emberiség elfogadta, hogy nem létezik éter.
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
