MDT 53,01; 530,1; 530,11; 530,12:

MICHAELSONOV EXPERIMENT – MORLEY, CHYBY A PRÍČINY ZLYHANÍ

Orlov Jevgenij Fedorovič
výskumná a výrobná spoločnosť Ltd "Sinuar"

anotácia
Tento článok je venovaný hľadaniu príčin neúspešných fyzikálnych experimentov Michelsona – Morleyho a ich nasledovníkov. Vykonané štúdie odhalili špecifické dôvody, ktoré neumožnili získať pozitívne výsledky z týchto experimentov. Odstránenie zistených chýb zmenou konštrukcie interferometrov umožní zistiť skutočné rýchlosti a skutočné smery pohybu. nebeských telies, ktorý poslúži ako základ pre otvorenie novej stránky v poznaní fyzikálneho obrazu sveta.

MICHELSON - MORLEY, CHYBY A PRÍČINY ZLYHÁNÍ

Orlov Jevgenij Fedorovič
Vedecká a produkčná spoločnosť Ltd "Sinuar"

Abstraktné
Tento článok je venovaný hľadaniu príčin zlyhania fyzikálnych experimentov Michelsona - Morleyho a ich nasledovníkov. Naše štúdie ukázali, že konkrétne dôvody neposkytujú pozitívne výsledky týchto experimentov. Odstránenie chýb zistených zmenou konštrukcie interferometrov nastaví skutočnú rýchlosť a skutočný smer nebeských telies, čo bude slúžiť ako základ pre otvorenie novej stránky v poznaní fyzikálneho obrazu sveta.

Michelsonov jedinečný fyzikálny experiment,

Byť nesmelým pokusom vedy nahliadnuť do hĺbky

Fyzický obraz sveta ukázal skutočnú úroveň

Intelektuálny rozvoj ľudstva.

ÚVOD

V roku 1881, po zdĺhavých pokusoch zmerať absolútnu rýchlosť Zeme vo vesmíre, A. Michelson publikoval výsledky podľa neho „neúspešného“ fyzikálneho experimentu, ktorý neskôr dal celý moderná veda do strnulosti, čo ju teraz vedie do klamného stavu.

V práci „Logické a fyzikálne aspekty na základe kritiky teórie relativity“ bol naznačený konkrétny dôvod pre zásadnú nemožnosť použitia matematických transformácií H. Lorentza, a teda teórie relativity, pri posudzovaní fyzikálnych javov. . Zároveň bol uvedený príklad s dvoma inerciálnymi vzťažnými sústavami, v ktorom už autor tejto práce vyjadril jednu z hlavných myšlienok, že v princípe sa šírenie elektromagnetických signálov v každej z inerciálnych vzťažných sústav uskutočňuje v r. reality.

VYHLÁSENIE OTÁZKY.

Šírenie elektromagnetických signálov v každej z inerciálnych referenčných sústav znamená, že každá inerciálna referenčná sústava (IRS) je absolútna pre lokálny priestor v bezprostrednej blízkosti masy hmotných častíc, ktoré sú základom inerciálnej referenčnej sústavy. A šírenie účinku pozdĺž objemových súradníc na obrovské vzdialenosti vykonáva ISO cez éterické častice „patriace“ do špecifického inerciálneho referenčného systému.

Šírenie pôsobenia zložiek každého referenčného systému je teda určené parametrami konkrétneho referenčného systému, ktoré priamo závisia od koncentrácie objemu hmoty hmotných častíc v lokálnom priestore. Z toho vyplýva, že rozmery akéhokoľvek inerciálneho referenčného systému sa určujú vizuálne, pozostávajú z hlavných súhrnných stavov hmoty - tuhej, kvapalnej, plynnej a plazmy. Zároveň široké spektrum elektromagnetického žiarenia vychádzajúceho z uvedených agregovaných stavov hmoty, umožňujúce vizuálne pozorovanie pomocou ďalekohľadov a iných zariadení vo veľkej vzdialenosti od koncentrácie agregátnych stavov, naznačuje, že špecifické inerciálne referenčné systémy rozširujú svoje pôsobenie pomocou tzv. éterický stav hmoty a éterický stav hmoty pozorujeme vo forme elektromagnetických vĺn šíriacich sa určitou rýchlosťou v éterickej hmote.

V dôsledku toho je priestor nášho Vesmíru konečný a jeho rozmery sú priamo úmerné súčtu objemov hmotností hmotných častíc, vrátane éterických častíc.

Hranice Vesmíru sú určené výlučne absenciou éterickej hmoty v priestore, nazývam ho Všeobecný priestor (O-Priestor alebo pre uľahčenie identifikácie Orlovov priestor), ktorý je určený absenciou akýchkoľvek elektromagnetických oscilácií. Vzdialením sa z priestoru nášho Vesmíru a jeho pozorovaním cez výkonný ďalekohľad v podobe jediného veľmi malého svetelného bodu môžeme povedať, že pozorovateľ opúšťa priestor nášho Vesmíru. Ďalšie odstránenie pozorovateľa z Vesmíru a úplné vymiznutie žiary bude naznačovať, že pozorovateľ opustil priestor nášho Vesmíru a nachádza sa vo Všeobecnom priestore. Všeobecný priestor je nekonečný v akomkoľvek smere a môže zahŕňať nekonečný počet akýchkoľvek iných vesmírov. Neprítomnosť éterickej hmoty v Spoločnom priestore znamená, že šírenie akýchkoľvek známych základných interakcií je v podstate nemožné.

A. Michelson a jeho nasledovníci teda mohli a mali získať dve zložky rýchlosti pohybu interferometra, a teda aj Zeme vo vesmíre. Prvým z nich je nulová rýchlosť vzhľadom k povrchu Zeme za predpokladu, že interferometer je stacionárny, čo dokazuje, že Zem je inerciálny referenčný systém, s vlastnými zložkami akčných parametrov vo vesmíre. Druhou zložkou je rýchlosť pohybu Zeme vzhľadom na akúkoľvek inú zvolenú inerciálnu referenčnú sústavu za predpokladu, že interferometer je nasmerovaný výlučne na zvolenú referenčnú sústavu. Ale v tomto prípade sa ukazuje, že vo vesmíre existuje veľké množstvo inerciálne referenčné systémy pohybujúce sa v priestore rôznymi smermi. V dôsledku toho budú hodnoty rýchlostí vzájomného pohybu Zeme a uvedených referenčných systémov predstavovať široký rozsah rýchlostí, počnúc od nulových hodnôt a končiac rýchlosťami porovnateľnými s rýchlosťami šírenia gravitačnej interakcie.

Táto formulácia otázky vyžaduje, aby bol interferometer orientovaný na vybranú hviezdu, to znamená, že musí byť namontovaný buď na tubuse teleskopu, pomocou ktorého je možné nastaviť presný smer k vybranej hviezde. Alebo je potrebné namontovať teleskop na montážny stôl interferometra, ale v každom prípade musí byť interferometer schopný otáčať sa v dvoch rovinách - horizontálnej a vertikálnej.

Ako je známe, interferometre A. Michelsona a jeho nasledovníkov sa otáčali iba v horizontálnej rovine, čo znamená, že interferometre boli chaoticky nasmerované na rôzne inerciálne referenčné systémy, v dôsledku čoho boli zaznamenávané chaotické údaje.

Ďalšie dôležitý bod Na úspešné vykonanie experimentu na meranie rýchlosti pohybu Zeme vzhľadom na vybraný vzdialený inerciálny referenčný systém (hviezda) je potrebné vziať do úvahy oslabenie pôsobenia komponentov parametrov vzdialeného ISO v priestor. Pravdepodobne k takémuto útlmu dochádza v pomere k druhej mocnine vzdialenosti nameranej od Zeme k vzdialenej vybranej hviezde. Táto formulácia otázky vyžaduje zoslabenie svetelného lúča interferometra do stavu, kedy zložky parametrov vzdialeného ISO budú schopné interagovať so svetelným lúčom interferometra.

Je známe, že moderné interferometre využívajú laserové svetelné zdroje s vysokým výkonom svetelného toku. Sila svetelného toku takýchto zdrojov koherentného žiarenia je neúmerne väčšia ako svetelný tok vzdialenej hviezdy, a preto interakciu dvoch žiarení rôznych veľkostí ľudské oko, a najmä moderné vybavenie, jednoducho nevníma.

Relatívne slabý zdroj svetla v Michelsonovom interferometri mu umožnil získať chaotické hodnoty rýchlostí určitých vzdialených referenčných systémov, na ktoré bol interferometer počas experimentu chaoticky nasmerovaný, keď sa interferometer otáčal okolo vlastnej osi.

Na meranie absolútnej rýchlosti pohybu Zeme v lokálnej absolútnej referenčnej sústave vzdialenej hviezdy alebo galaxie je teda potrebné vykonať aspoň dve dôležité dodatočné podmienky. Prvá podmienka: – pri vykonávaní meraní musí byť interferometer striktne orientovaný na vybranú vzdialenú hviezdu alebo galaxiu. Druhá podmienka: – svetelný tok interferometra musí byť úmerný svetelnému toku vzdialenej hviezdy alebo galaxie.

Následne rekonštrukcia interferometra spočíva v jeho nasadení na ďalekohľad, pomocou ktorého by sa mal sledovať smer k vybranej hviezde alebo galaxii a porovnateľnosť svetelných tokov vzdialenej hviezdy a svetelného zdroja interferometra. by mali byť vybrané experimentálne inštaláciou absorbujúcich filtrov.

ZÁVER.

Na záver treba poznamenať, že realizácia Michelsonovho-Morleyho experimentu s prihliadnutím na zistené chyby umožní určiť skutočné rýchlosti a skutočné smery pohybu hviezd a galaxií v priestore nášho Vesmíru. To je mimoriadne potrebné, pretože sa uplatňuje moderná technika určovanie rýchlostí vzájomného pohybu nebeských telies je založené výlučne na „červenom posune“ spektier, čím vnáša veľké skreslenia do chápania fyzického obrazu sveta.

Bibliografia

1. Orlov E.F. Logické a fyzikálne aspekty na základe kritiky teórie relativity. // Výskum v oblasti prírodných vied. – marec 2013 [Elektronický zdroj]. URL:

Aby sa svetlo šírilo v priestore, nepotrebuje „svetelný éter“.

Je ťažké si predstaviť absolútnu prázdnotu - úplné vákuum, ktoré neobsahuje nič. Ľudské vedomie sa ho snaží naplniť aspoň niečím hmotným a po mnoho storočí ľudskej histórie sa verilo, že svetový priestor je naplnený éterom. Myšlienka bola, že medzihviezdny priestor je vyplnený akousi neviditeľnou a nehmotnou subtílnou substanciou. Keď bol odvodený Maxwellov systém rovníc, ktorý predpovedá, že svetlo sa šíri priestorom konečnou rýchlosťou, aj sám autor tejto teórie veril, že elektromagnetické vlny sa šíria v médiu, rovnako ako sa šíria akustické vlny vo vzduchu a morské vlny vo vode. V prvej polovici 19. storočia vedci dokonca starostlivo vypracovali teoretický model éteru a mechaniku šírenia svetla, vrátane všetkých druhov pák a osí, ktoré údajne uľahčujú šírenie vibračných svetelných vĺn v éteri.

V roku 1887 sa dvaja americkí fyzici - Albert Michelson a Henry Morley - rozhodli spoločne uskutočniť experiment, ktorý mal skeptikom raz a navždy dokázať, že svietivý éter skutočne existuje, napĺňa Vesmír a slúži ako médium, v ktorom sa šíri svetlo a iné elektromagnetické vlny. Michelson mal nespochybniteľnú autoritu ako konštruktér optických prístrojov a Morley bol známy ako neúnavný a neomylný experimentálny fyzik. Experiment, ktorý vymysleli, je ľahšie opísať ako prakticky uskutočniť.

Michelson a Morley použili interferometer- optické meracie zariadenie, v ktorom je lúč svetla rozdelený na dve časti priesvitným zrkadlom (sklená platňa je postriebrená na jednej strane len natoľko, aby čiastočne prepúšťala do nej vstupujúce svetelné lúče a čiastočne ich odrážala; podobná technológia sa dnes používa v zrkadlovky). V dôsledku toho sa lúč rozdelí a dva vznikajú koherentný lúče sa navzájom rozchádzajú v pravom uhle, potom sa odrazia od dvoch reflektorových zrkadiel rovnako vzdialených od priesvitného zrkadla a vrátia sa do priesvitného zrkadla, pričom výsledný lúč svetla umožňuje pozorovať interferenčný obrazec a identifikovať ten najmenší desynchronizácia dva lúče (oneskorenie jedného lúča voči druhému; pozri Interferencia).

Michelsonov-Morleyho experiment bol zásadne zameraný na potvrdenie (alebo vyvrátenie) existencie svetového éteru identifikáciou „éterického vetra“ (alebo faktu jeho neprítomnosti). V skutočnosti sa Zem pohybuje na obežnej dráhe okolo Slnka a pohybuje sa vzhľadom k hypotetickému éteru šesť mesiacov jedným smerom a ďalších šesť mesiacov iným smerom. V dôsledku toho by mal po dobu šiestich mesiacov „éterický vietor“ fúkať cez Zem a v dôsledku toho posunúť hodnoty interferometra jedným smerom a šesť mesiacov druhým smerom. Takže po ročnom pozorovaní ich nastavenia Michelson a Morley nezistili žiadne posuny v interferenčnom vzore: úplný éterický pokoj! ( Moderné experimenty tento druh, uskutočnený s najväčšou možnou presnosťou, vrátane experimentov s laserovými interferometrami, priniesol podobné výsledky.) Takže: éterický vietor, a teda éter neexistuje.

Pri absencii éterického vetra a éteru ako takého vzniká neriešiteľný konflikt medzi Newtonovou klasickou mechanikou (implikujúcou istý absolútny referenčný rámec) a Maxwellovými rovnicami (podľa ktorých má rýchlosť svetla limitnú hodnotu, ktorá nezávisí od výber referenčného rámca) sa stal zrejmým, čo nakoniec viedlo k vzniku teórie relativity. Michelsonov-Morleyho experiment nakoniec ukázal, že „absolútny referenčný rámec“ v prírode neexistuje. A bez ohľadu na to, ako veľmi Einstein následne tvrdil, že pri vývoji teórie relativity nevenoval žiadnu pozornosť výsledkom experimentálneho výskumu, niet pochýb o tom, že výsledky Michelson-Morleyho experimentov prispeli k rýchlemu vnímaniu takýchto radikálna teória vedeckej komunity vážne.

Edward Williams MORLEY
Edward Williams Morley, 1838-1923

Americký fyzik a chemik. Narodil sa v Newarku v štáte New Jersey v rodine kongregacionalistického duchovného. Pre zlý zdravotný stav nenavštevoval školu, učil sa doma a otec ho pripravoval na to, aby pokračoval v službe cirkvi, ale chlapec si vybral prírodné vedy a začal študovať chémiu a prírodopis. Nakoniec sa ukázal ako bezkonkurenčný experimentátor. Bol to Morley, ktorý dokázal s neprekonateľnou presnosťou určiť špecifické hmotnosti vodíka a kyslíka v zložení čistej vody. Keď ho osud spojil s Albertom Michelsonom, jeho schopnosti experimentátora sa ukázali byť jednoducho nenahraditeľné a mená týchto dvoch vedcov sú teraz neoddeliteľne spojené vďaka ich slávnej skúsenosti.

Albert Abraham Michelson, 1852-1931

Americký fyzik, Nemec podľa národnosti (na obrázku). Narodil sa v meste Strelno (dnes Strzelno) na území moderného Poľska (v tých rokoch časť Ruská ríša). Vo veku dvoch rokov emigroval s rodičmi do Spojených štátov. Vyrastal v Kalifornii v období slávnej „zlatej horúčky“, ale otec budúceho vedca sa nezaoberal hľadaním zlata, ale drobným veľkoobchodom v mestách postihnutých touto chorobou. Vstúpil do americkej námornej akadémie na špeciálne odporúčanie istého kongresmana z jeho štátu, bol prijatý do aktívnej služby, prešiel plný kurz drilový výcvik, po ktorom bol vymenovaný za učiteľa fyziky. Vďaka tomu mal možnosť študovať optiku a najmä konštrukciu prístroja na určovanie rýchlosti svetla.

Po odchode z aktívnej služby v roku 1881 sa stal učiteľom na Škole aplikovaných vied. Case School of Applied Sciences v Clevelande, Ohio, kde pokračoval vo svojom výskume. V roku 1907 bol Michelson ocenený nobelová cena vo fyzike „na vytvorenie presných optických prístrojov a na výskum realizovaný s ich pomocou“, konkrétne na presné určenie dĺžky štandardného metra a rýchlosti svetla vo vákuu.

2. Michelsonov-Morleyho experiment

Je pohyb relatívny? Po chvíli premýšľania by ste mohli mať tendenciu odpovedať: "Áno, samozrejme!" Predstavte si vlak idúci na sever rýchlosťou 60 km/h. Muž vo vlaku ide na juh rýchlosťou 3 km/h. Akým smerom sa pohybuje a aká je jeho rýchlosť? Je celkom zrejmé, že na túto otázku nemožno odpovedať bez špecifikácie referenčného rámca. Vo vzťahu k vlaku sa človek pohybuje na juh rýchlosťou 3 km/h. Vo vzťahu k Zemi sa pohybuje na sever rýchlosťou 60 mínus 3, teda 57 km/h.

Môžeme povedať, že rýchlosť človeka vzhľadom na Zem (57 km/h) je jeho skutočná, absolútna rýchlosť? Nie, pretože existujú iné, dokonca rozsiahlejšie referenčné systémy. Samotná Zem sa pohybuje. Otáča sa okolo svojej osi a zároveň sa pohybuje okolo Slnka.

Slnko sa spolu so všetkými svojimi planétami pohybuje vo vnútri Galaxie. Galaxia sa otáča a pohybuje vo vzťahu k iným galaxiám. Galaxie zase tvoria zhluky galaxií, ktoré sa navzájom pohybujú. Nikto nevie, ako ďaleko môže tento reťazec pohybov skutočne pokračovať. Neexistuje žiadny zrejmý spôsob, ako určiť absolútny pohyb akéhokoľvek objektu; inými slovami, neexistuje žiadny pevný, definitívny referenčný rámec, podľa ktorého by sa dali merať všetky pohyby. Pohyb a odpočinok, ako veľký a malý, rýchly a pomalý, hore a dole, doľava a doprava, sa zdajú byť úplne relatívne. Neexistuje žiadny iný spôsob, ako merať pohyb akéhokoľvek objektu, okrem porovnania jeho pohybu s pohybom iného objektu.

Bohužiaľ to nie je také jednoduché! Ak by sme sa mohli obmedziť len na to, čo už bolo povedané o relativite pohybu, potom by nebolo potrebné, aby Einstein vytvoril teóriu relativity.

Dôvod obtiažnosti je tento: sú dve veľmi jednoduchými spôsobmi absolútna detekcia pohybu. Jedna z metód využíva vlastnosti svetla, druhá využíva rôzne javy zotrvačnosti, ktoré vznikajú, keď pohybujúci sa objekt mení svoju dráhu alebo rýchlosť. Einsteinova špeciálna teória relativity sa zaoberá prvou metódou, a všeobecná teória relativita - s druhým.

Táto a ďalšie dve kapitoly budú skúmať prvú metódu, ktorá môže slúžiť ako kľúč k pochopeniu absolútneho pohybu, metódu využívajúcu vlastnosti svetla.

V devätnástom storočí, ešte pred Einsteinom, si fyzici predstavovali priestor vyplnený špeciálnou, nehybnou a neviditeľnou látkou zvanou éter. Často sa nazýval „svetelný“ éter, čo znamená, že je nositeľom svetelných vĺn. Éter naplnil celý vesmír.

Prenikol do všetkých hmotných tiel. Ak by sa všetok vzduch odčerpal spod skleneného zvonu, zvon by bol naplnený éterom. Ako inak by mohlo svetlo prechádzať vákuom? Svetlo je vlnový pohyb. Preto musí existovať niečo, v čom sa oscilácie vyskytujú. Samotný éter, aj keď sú v ňom vibrácie, sa málokedy (ak nie nikdy) pohybuje vo vzťahu k hmotným predmetom, skôr sa ním pohybujú všetky predmety, ako pohyb sita vo vode. Absolútny pohyb hviezdy, planéty alebo akéhokoľvek iného objektu sa zjednoduší (tým si boli fyzici tej doby istí), ak sa pohyb zvažuje vo vzťahu k takémuto nehybnému, neviditeľnému éterickému moru.

Ale pýtate sa, čo ak je éter nehmotná substancia, ktorú nemožno vidieť, počuť, cítiť, cítiť ani ochutnať. Môžeme však takto uvažovať o pohybe napríklad Zeme vo vzťahu k nej? Odpoveď je jednoduchá. Merania je možné vykonať porovnaním pohybu Zeme s pohybom svetelného lúča.

Aby sme to pochopili, vráťme sa na chvíľu k podstate svetla. V skutočnosti je svetlo len malou viditeľnou časťou spektra elektromagnetického žiarenia, ktoré zahŕňa rádiové vlny, ultrakrátke vlny, infračervené svetlo, ultrafialové svetlo a gama lúče. V tejto knihe používame slovo „svetlo“ na označenie akéhokoľvek typu elektromagnetického žiarenia, pretože slovo je kratšie ako „elektromagnetické žiarenie“. Svetlo je vlnový pohyb. Premýšľať o takomto pohybe bez súčasného premýšľania o hmotnom éteri sa fyzikom minulosti zdalo rovnako absurdné, ako uvažovať o vlnách na vode bez toho, aby sme premýšľali o vode samotnej.

Ak strieľate z pohybujúceho sa prúdového lietadla v smere, v ktorom sa pohybuje, rýchlosť strely vzhľadom na Zem bude väčšia ako rýchlosť strely vystrelenej zo zbrane na Zemi. Rýchlosť strely vzhľadom na Zem sa získa sčítaním rýchlosti lietadla a rýchlosti strely.

V prípade svetla rýchlosť lúča nezávisí od rýchlosti objektu, z ktorého bolo svetlo vyžarované. Táto skutočnosť bola presvedčivo experimentálne dokázaná koncom devätnásteho a začiatkom dvadsiateho storočia a odvtedy bola mnohokrát potvrdená. Posledný test vykonali sovietski astronómovia v roku 1955 pomocou svetla z opačných strán rotujúceho Slnka. Jeden okraj nášho Slnka sa vždy pohybuje smerom k nám a druhý - v opačnom smere.

Zistilo sa, že svetlo z oboch okrajov dopadá na Zem rovnakou rýchlosťou. Podobné experimenty sa robili pred desiatkami rokov so svetlom rotujúcich dvojhviezd. Napriek pohybu zdroja je rýchlosť svetla vo vákuu vždy rovnaká: je o niečo menšia ako 300 000 km/s.

Vidíte, ako táto skutočnosť poskytuje vedcovi (nazvime ho pozorovateľom) spôsob, ako vypočítať svoju absolútnu rýchlosť. Ak svetlo putuje nehybným, nemenným éterom určitou rýchlosťou s a ak táto rýchlosť nezávisí od rýchlosti zdroja, tak rýchlosť svetla môže slúžiť ako štandard na určenie absolútneho pohybu pozorovateľa. Pozorovateľ pohybujúci sa v rovnakom smere ako lúč svetla by zistil, že lúč prechádza okolo neho rýchlosťou menšou ako s; Pozorovateľ pohybujúci sa smerom k lúču svetla by si musel všimnúť, že lúč sa k nemu približuje rýchlosťou väčšou ako s. Inými slovami, výsledky merania rýchlosti svetla by sa menili v závislosti od pohybu pozorovateľa voči lúču. Tieto zmeny by odrážali jeho (pozorovateľov) skutočný absolútny pohyb cez éter.

Pri opise tohto javu fyzici často používajú výraz „éterický vietor“. Aby ste pochopili obsah tohto pojmu, zvážte opäť idúci vlak. Videli sme, že rýchlosť človeka idúceho popri vlaku rýchlosťou 3 km/h je vo vzťahu k vlaku vždy rovnaká a nezávisí od toho, či ide smerom k rušni alebo ku koncu vlaku. To bude platiť aj pre rýchlosť zvukových vĺn vo vnútri uzavretého vozíka. Zvuk je vlnový pohyb prenášaný molekulami vzduchu. Keďže vo vagóne je obsiahnutý vzduch, zvuk vo vnútri vozňa sa bude šíriť na sever rovnakou rýchlosťou (vzhľadom na vagón), ako sa pohybuje na juh.

Situácia sa zmení, ak prejdeme z uzavretého osobného vozňa na otvorené nástupište. Vzduch už nie je izolovaný vo vnútri vozňa. Ak sa vlak pohybuje rýchlosťou 60 km/h, tak vietor fúka po nástupišti v opačnom smere rýchlosťou 60 km/h. Kvôli tomuto vetru bude rýchlosť zvuku v smere od konca k začiatku auta nižšia ako normálne. Rýchlosť zvuku v opačnom smere bude vyššia ako normálne.

Fyzici devätnásteho storočia boli presvedčení, že éter by sa mal správať ako vzduch fúkajúci na pohyblivú plošinu. Ako by to mohlo byť inak? Ak je éter nehybný, potom sa akýkoľvek predmet pohybujúci sa v ňom musí stretnúť s éterickým vetrom fúkajúcim opačným smerom. Svetlo je vlnový pohyb v nehybnom éteri. Rýchlosť svetla meraná z pohybujúceho sa objektu musí byť samozrejme ovplyvnená éterickým vetrom.

Zem sa rúti vesmírom pozdĺž svojej dráhy okolo Slnka rýchlosťou asi 30 km/s. Tento pohyb by podľa fyzikov mal spôsobiť éterický vietor fúkajúci k Zemi v priestoroch medzi jej atómami rýchlosťou 30 km/s. Na meranie absolútneho pohybu Zeme (jej pohybu vzhľadom na stacionárny éter) je potrebné zmerať iba rýchlosť, ktorou svetlo prejde určitú vzdialenosť. zemského povrchu spiatočný. Kvôli éterickému vetru bude svetlo cestovať rýchlejšie jedným smerom ako druhým. Porovnanie rýchlosti vyžarovaného svetla rôznymi smermi, bolo by možné vypočítať absolútny smer a rýchlosť pohybu Zeme v každom danom okamihu. Tento experiment bol prvýkrát navrhnutý v roku 1875, 4 roky pred Einsteinovým narodením, veľkým škótskym fyzikom Jamesom Clarkom Maxwellom.

V roku 1881 Albert Abraham Michelson, vtedy mladý dôstojník námorníctva Spojených štátov, urobil presne takýto experiment.

Michelson sa narodil v Nemecku, jeho rodičia sú Poliaci. Jeho otec sa presťahoval do Ameriky, keď mal Michelson dva roky. Po absolvovaní Námornej akadémie v Annapolise a dvoch rokoch námornej služby začal Michelson vyučovať fyziku a chémiu na tej istej akadémii. Berie si dlhé prázdniny a odchádza študovať do Európy. Na univerzite v Berlíne v laboratóriu slávneho nemeckého fyzika Hermanna Helmholtza sa mladý Michelson najprv pokúsil odhaliť éterický vietor. Na svoje veľké prekvapenie nenašiel žiadny rozdiel v rýchlosti, ktorou sa svetlo pohybovalo tam a späť v akomkoľvek smere kompasu. Bolo to, ako keby ryba zistila, že môže plávať akýmkoľvek smerom v mori bez toho, aby si všimla pohyb vody vzhľadom na jej telo; akoby pilot letiaci s otvoreným vrchlíkom nevnímal vietor fúkajúci do jeho tváre.

Vynikajúci rakúsky fyzik Ernst Mach (hovoríme o ňom v 7. kapitole) už bol kritický k myšlienke absolútneho pohybu cez éter. Po prečítaní Michelsonovho publikovaného popisu experimentu okamžite dospel k záveru, že koncept éteru musí byť zavrhnutý. Väčšina fyzikov však takýto odvážny krok odmietla. Michelsonovo zariadenie bolo hrubé, bolo dosť dôvodov si myslieť, že experiment vykonaný s citlivejším zariadením by priniesol pozitívny výsledok. Sám Michelson si to myslel. Keďže vo svojom experimente nenašiel žiadne chyby, pokúsil sa ho zopakovať.

Michelson opustil námornú službu a stal sa profesorom na Case School of Applied Sciences (teraz Case University) v Clevelande v štáte Ohio. Neďaleko, na univerzite Západné územie učil chémiu Edward William Morley. Títo dvaja ľudia sa stali dobrými priateľmi.

„Navonok,“ píše Bernard Jaffe o knihe „Michelson a rýchlosť svetla“, „tito dvaja vedci boli vzorom kontrastu... Michelson bol pekný, inteligentný, vždy dokonale oholený. Morley bol, mierne povedané, nedbalý v šatách a bol stelesnením duchaprítomného profesora... Nechal si narásť vlasy, až sa mu vlnili po plecia, a mal strapaté červené strnisko, ktoré mu siahalo takmer po uši. “

V roku 1887 v suteréne Morleyho laboratória obaja vedci urobili druhý, presnejší pokus nájsť nepolapiteľný éterický vietor. Ich experiment, známy ako Michelsonov-Morleyho experiment, je jedným z veľkých zlomov modernej fyziky.

Zariadenie bolo inštalované na štvorcovej kamennej doske so stranami asi jeden a pol metra a hrúbkou viac ako 30 cm.Doska plávala v tekutej ortuti. Tým sa eliminovali vibrácie, doska zostala vodorovná a uľahčilo sa otáčanie okolo stredovej osi. Systém zrkadiel nasmeroval lúč svetla v určitom smere, zrkadlá odrážali lúč tam a späť v jednom smere, takže vykonal osem jázd. (Urobilo sa to preto, aby sa dráha čo najviac predĺžila pri zachovaní takých rozmerov zariadenia, aby sa dalo stále ľahko otáčať.) V tom istom čase ďalší systém zrkadiel vyslal lúč na osem chodov v smere, ktorý tvoril pravý uhol s prvým lúčom.

Predpokladalo sa, že keď sa doska otáča tak, že jeden z lúčov bude prebiehať tam a späť rovnobežne s éterickým vetrom, lúč prejde za dlhší čas ako iný lúč, ktorý prejde rovnakú vzdialenosť kolmo na vietor. Spočiatku sa zdá, že opak by mal byť pravdou. Zvážte šírenie svetla s vetrom a proti vetru. Nezvýšil by vietor rýchlosť na jednej ceste rovnako ako na druhej? Ak áno, zrýchlenie a spomalenie by sa navzájom zrušili a čas potrebný na prejdenie celej cesty by bol presne taký istý, ako keby vôbec nefúkal vietor.

Vietor skutočne zvýši rýchlosť v jednom smere presne o rovnakú hodnotu, ako ju zníži v druhom, ale - a to je najdôležitejšie - vietor bude rýchlosť znižovať počas dlhšieho časového obdobia. Výpočty ukazujú, že prejdenie celej dráhy proti vetru trvá dlhšie ako bez vetra. Vietor bude mať tiež spomaľujúci účinok na lúč šíriaci sa v pravom uhle k nemu. To sa dá tiež ľahko overiť.

Ukazuje sa, že účinok spomalenia je menší ako v prípade, keď sa lúč šíri rovnobežne s vetrom. Ak sa Zem pohybuje cez more nehybného éteru, potom by mal vzniknúť éterický vietor a prístroj Michelson-Morley by ho mal zaregistrovať. Obaja vedci si boli istí, že takýto vietor dokážu nielen odhaliť, ale aj určiť (otáčaním dosky, kým nenájdu polohu, v ktorej je rozdiel v čase prechodu svetla v oboch smeroch maximálny) v každom danom okamihu. presný smer pohybu Zeme cez éter.

Treba poznamenať, že prístroj Michelson-Morley nemeral skutočnú rýchlosť svetla každého lúča. Oba lúče sa po tom, čo vykonali požadovaný počet okružných jázd, spojili do jedného lúča, ktorý bolo možné pozorovať v malom ďalekohľade. Zariadenie sa pomaly otáčalo. Akákoľvek zmena relatívnych rýchlostí oboch lúčov by spôsobila posun v interferenčnom obrazci striedajúcich sa svetlých a tmavých prúžkov.

Michelson bol opäť prekvapený a sklamaný.

Všetci fyzici na celom svete boli prekvapení. Napriek tomu, že Michelson a Morley otočili svoje zariadenie, nezbadali ani stopu po éterickom vetre!

Nikdy predtým v histórii vedy nebol negatívny výsledok experimentu taký deštruktívny a taký plodný. Michelson sa opäť rozhodol, že jeho experiment zlyhal. Nikdy si nemyslel, že toto „neúspech“ urobí z jeho skúsenosti jeden z najvýznamnejších, revolučných experimentov v dejinách vedy.

Neskôr Michelson a Morley svoj experiment zopakovali s ešte pokročilejším zariadením. Iní fyzici urobili to isté. Najpresnejšie experimenty vykonal v roku 1960 Charles Townes na Kolumbijskej univerzite.

Jeho prístroj využívajúci maser ("atómové hodiny" založené na vibráciách molekúl) bol taký citlivý, že dokázal rozpoznať éterický vietor, aj keď sa Zem pohybovala len tisícinou svojej skutočnej rýchlosti. Po takomto vetre sa však nenašla ani stopa.

Fyzici boli spočiatku negatívnym výsledkom Michelsonovho-Morleyho experimentu takí ohromení, že začali vymýšľať najrôznejšie vysvetlenia, aby zachránili teóriu éterického vetra. Samozrejme, ak by sa tento experiment uskutočnil o niekoľko storočí skôr, potom, ako poznamenáva H. J. Withrow v knihe „The Structure and Development of the Universe“, každému by rýchlo prišlo na um veľmi jednoduché vysvetlenie o nehybnosti Zeme. Ale toto vysvetlenie tejto skúsenosti sa zdalo nepravdepodobné. Najlepším vysvetlením bola teória (oveľa staršia ako Michelsonov-Morleyho experiment), že éter unášala Zem ako vzduch vo vnútri vagónu. Michelson si myslel to isté. Ale iné experimenty, z ktorých jeden Michelson vykonal vlastnými rukami, toto vysvetlenie vylúčili.

Najneobvyklejšie vysvetlenie podal írsky fyzik George Francis Fitzgerald. Možno, povedal, éterický vietor tlačí na pohybujúci sa objekt a spôsobuje, že sa sťahuje v smere pohybu.

Ak chcete určiť dĺžku pohybujúceho sa objektu, musíte vynásobiť jeho dĺžku v pokoji hodnotou danou vzorcom

Kde v 2 je druhá mocnina rýchlosti pohybujúceho sa telesa a od 2- druhá mocnina rýchlosti svetla.

Z tohto vzorca možno vidieť, že veľkosť kontrakcie je zanedbateľná pri nízkych rýchlostiach tela, zvyšuje sa so zvyšujúcou sa rýchlosťou a zväčšuje sa, keď sa rýchlosť tela blíži rýchlosti svetla. takže, vesmírna loď, v tvare dlhej cigary, pri pohybe vysokou rýchlosťou nadobúda tvar krátkej cigary.

Rýchlosť svetla je nedosiahnuteľná hranica; pre teleso pohybujúce sa touto rýchlosťou by vzorec mal tvar

a tento výraz sa rovná nule. Vynásobením dĺžky objektu nulou by sme dostali odpoveď nula. Inými slovami, ak by nejaký objekt dosiahol rýchlosť svetla, nemal by v smere svojho pohybu žiadnu dĺžku!

Fitzgeraldovej teórii dal elegantný matematický tvar holandský fyzik Hendrik Lorentz, ktorý nezávisle dospel k rovnakému vysvetleniu. (Lorentz sa neskôr stal jedným z Einsteinových najbližších priateľov, no v tom čase sa ešte nepoznali.) Táto teória sa stala známou ako Lorentz-Fitzgeraldova (alebo Fitzgerald-Lorentz) teória kontrakcie.

Je ľahké pochopiť, ako teória kontrakcie vysvetlila zlyhanie Michelsonovho-Morleyho experimentu. Ak by štvorcová doska a všetky nástroje na nej boli mierne stiahnuté v smere, ktorým fúkal éterický vietor, potom by svetlo prešlo kratšou plnou dráhou.

A hoci by vietor mal vo všeobecnosti spomaľovací účinok na pohyb balíka v smere dopredu a dozadu, kratšia dráha by balíku umožnila dokončiť túto cestu presne v rovnakom čase, ako keby nebol vietor alebo kontrakcie. Inými slovami, zníženie bolo presne také, aby sa zachovala stálosť rýchlosti svetla bez ohľadu na smer otáčania Michelson-Morleyho prístroja.

Možno sa pýtate, prečo ste nemohli jednoducho zmerať dĺžku zariadenia a zistiť, či ku skráteniu skutočne došlo v smere pohybu Zeme? Ale linka sa tiež znižuje a v rovnakom pomere. Meranie by poskytlo rovnaký výsledok, ako keby nedošlo k žiadnemu zníženiu.

Na pohybujúcej sa Zemi všetko podlieha kontrakcii.

Situácia je rovnaká ako v myšlienkovom experimente Poincarého, v ktorom sa vesmír náhle tisíckrát zväčší, ale iba v teórii Lorentz-Fitzgerald sa zmeny dejú jedným smerom. Keďže tejto zmene podlieha všetko, neexistuje spôsob, ako ju odhaliť. V určitých medziach (limity sú dané topológiou – náukou o vlastnostiach, ktoré sa zachovajú pri deformácii objektu) je tvar rovnako relatívny ako veľkosť. Zmršťovanie prístroja, podobne ako zmršťovanie všetkého na Zemi, si mohol všimnúť len ten, kto je mimo Zeme a nehýbe s ňou.

Mnohí spisovatelia, ktorí hovorili o teórii relativity, považovali hypotézu Lorentz-Fitzgeraldovej kontrakcie za hypotézu ad hoc(Latinský výraz znamená „len pre tento prípad“), čo nie je možné overiť žiadnymi inými experimentmi. Adolf Grünbaum veril, že to nebolo celkom fér. Hypotéza kontrakcie bola ad hoc len v tom zmysle, že v tom čase sa to nedalo nijako otestovať. V zásade ňou vôbec nie je ad hoc. A to sa dokázalo v roku 1932, keď Kennedy a Thorndike túto hypotézu experimentálne vyvrátili.

Roy J. Kennedy a Edward M. Thorndike, dvaja americkí fyzici, zopakovali Michelsonov-Morleyho experiment. Ale namiesto toho, aby sa obe ruky snažili čo najviac rovnať, snažili sa čo najviac odlišovať ich dĺžky. Aby sa zistil rozdiel v čase, ktorý svetlo potrebuje na cestu v dvoch smeroch, zariadenie sa otočilo. Podľa teórie kontrakcie sa časový rozdiel mal zmeniť, keď došlo k rotácii. Bolo to možné zaznamenať (ako v Michelsonovom experimente) zmenou interferenčného vzoru, ktorý sa objaví, keď sa zmiešajú dva lúče. Takáto zmena sa však nenašla.

Najjednoduchším spôsobom, ako otestovať teóriu kontrakcie, by bolo meranie rýchlosti svetelných lúčov šíriacich sa v opačných smeroch: pozdĺž a proti smeru pohybu Zeme. Je zrejmé, že skrátenie cesty neznemožní detekciu éterického vetra, ak existuje. Až do nedávneho objavu Mössbauerovho efektu (o ktorom bude reč v 8. kapitole) bránili uskutočneniu tohto experimentu gigantické technické ťažkosti.

Vo februári 1962 na stretnutí Kráľovskej spoločnosti v Londýne hovoril profesor Christian Møller z Kodanskej univerzity o tom, ako ľahko sa dá tento experiment vykonať pomocou Mösebauerovho efektu. Na tento účel sú zdroj a absorbér elektromagnetických vibrácií inštalované na opačných koncoch otočného stola. Möller poukázal na to, že takýto experiment by mohol vyvrátiť pôvodnú teóriu kontrakcie.

Je možné, že počas tlače tejto knihy sa takýto experiment uskutoční.

Hoci v Lorentzových časoch nebolo možné uskutočniť experimenty tohto druhu, počítal s ich základnou možnosťou a považoval za celkom rozumné predpokladať, že tieto experimenty, podobne ako Michelsonove, budú mať negatívny výsledok. Na vysvetlenie tohto pravdepodobného výsledku urobil Lorentz dôležitý doplnok k pôvodnej teórii kontrakcie. Zaviedol zmenu času. Povedal, že hodiny sa vplyvom éterického vetra spomalia a to tak, že nameraná rýchlosť svetla bude vždy 300 000 km/s.

Pozrime sa na konkrétny príklad. Predpokladajme, že máme dostatočne presné hodiny na uskutočnenie experimentu na meranie rýchlosti svetla. Pošlime svetlo z bodu A do bodu B v priamke v smere pohybu Zeme. Zosynchronizujme dve hodiny v bode A a potom jednu z nich premiestnime do bodu B. Všimnime si čas, kedy lúč svetla opustil bod A a (podľa iných hodín) okamih, kedy by dorazil do bodu B. Keďže by sa svetlo pohybovalo proti éterický vietor, jeho rýchlosť by sa o niečo znížila a doba cestovania by sa zvýšila v porovnaní s prípadom pokojnej Zeme. Všimli ste si chybu v tejto úvahe? Proti éterickému vetru sa pohybovali aj hodiny pohybujúce sa z bodu A do B. To spomalilo hodiny v bode B, čím sa mierne zaostali za časom v bode A. Výsledkom je, že nameraná rýchlosť svetla zostáva nezmenená – 300 000 km/s.

To isté sa stane (tvrdí Lorentz), ak zmeriate rýchlosť svetla šíriaceho sa v opačnom smere, z bodu B do bodu A. Dve hodiny sú synchronizované v bode B a potom sa jedna z nich prenesie do bodu A. Lúč svetla šíri sa z bodu B do A , sa pohybuje pozdĺž éterického vetra. Rýchlosť lúča sa zvyšuje a následne sa o niečo skracuje čas cesty v porovnaní s prípadom pokojnej Zeme. Pri presúvaní hodín z bodu B do A sú však tiež „poháňané vetrom. Zníženie tlaku éterického vetra umožní hodinám zvýšiť rýchlosť, a preto, keď experiment skončí, hodiny v bode A budú bežať pred hodinami v bode B.

A výsledkom je, že rýchlosť svetla je opäť 300 000 km/s.

Lorentzova nová teória nielenže vysvetlila negatívny výsledok Michelsonovho-Morleyho experimentu; z toho vyplývala zásadná nemožnosť experimentálne zistiť vplyv éterického vetra na rýchlosť svetla. Jeho rovnice pre zmenu dĺžky a času pôsobia tak, že pre ľubovoľné možný spôsob Meranie rýchlosti svetla v ľubovoľnej referenčnej sústave prinesie rovnaký výsledok. Je jasné, že fyzici boli s touto teóriou nespokojní. Bola teória ad hoc v plnom zmysle slova. Snahy o zaplátanie dier, ktoré sa objavili v teórii éteru, sa ukázali ako odsúdené na zánik. Nie je možné si predstaviť spôsoby, ako to potvrdiť alebo vyvrátiť. Pre fyzikov bolo ťažké uveriť, že po vytvorení éterického vetra príroda všetko usporiadala tak, že tento vietor nebolo možné odhaliť. Anglický matematický filozof Bartrand Russell neskôr veľmi úspešne citoval pieseň Bieleho rytiera z knihy Lewisa Carrolla „Alenka v krajine zázrakov“.

Z knihy Atómová energia na vojenské účely autora Smith Henry Dewolf

POMOCNÝ EXPERIMENT ONESKORENÉ NEUTRÓNY6.23. Nebudeme spomínať množstvo rôznych pomocných experimentov uskutočnených v tomto období. Budeme však uvažovať o jednom takomto experimente, ktorý študuje oneskorenie neutrónov, pretože predstavuje

Z knihy Hyperpriestor od Kaku Michio

Desaťrozmernosť a experiment Vo vzrušení a nepokojoch, ktoré sprevádzajú zrod akejkoľvek významnej teórie, je ľahké zabudnúť, že v konečnom dôsledku musí každá teória spočívať na základe experimentu. Bez ohľadu na to, ako elegantne a krásne sa môžete zdať

EXPERIMENT S KYVETOU S ĽADOM Práca na statickej elektrine a izolačný účinok Faradayovej klietky bola potvrdená experimentom v roku 1843 s použitím kyvety s ľadom. Schéma prístroja používaného Faradayom na experiment s ľadovou kyvetou. Na izoláciu

V roku 1881 Michelson uskutočnil slávny experiment, s pomocou ktorého očakával, že zaznamená pohyb Zeme vzhľadom na éter (éterový vietor). V roku 1887 Michelson zopakoval svoj experiment spolu s Morleym pomocou pokročilejšieho nástroja. Nastavenie Michelson-Morley je znázornené na obr. 150,1. Tehlová základňa podopretý prstencovým liatinovým žľabom obsahujúcim ortuť. Na ortuti sa vznášal drevený plavák v tvare spodnej polovice pozdĺžne rozrezanej šišky. Na tento plavák bola inštalovaná masívna štvorcová kamenná doska. Toto zariadenie umožňovalo plynulé otáčanie dosky okolo zvislej osi zariadenia. Na platničku bol namontovaný Michelsonov interferometer (pozri obr. 123.1), upravený tak, že oba lúče pred návratom na priesvitnú platňu niekoľkokrát prešli tam a späť po dráhe zhodnej s uhlopriečkou platne. Schéma dráhy lúča je znázornená na obr. 150,2. Symboly na tomto obrázku zodpovedajú symbolom na obr. 123,1.

Experiment bol založený na nasledujúcich úvahách. Predpokladajme, že rameno interferometra (obr. 150.3) sa zhoduje so smerom pohybu Zeme voči éteru. Potom bude čas potrebný na to, aby lúč prešiel k zrkadlu a späť, odlišný od času potrebného na to, aby lúč 2 prešiel po dráhe.

Výsledkom je, že aj keď sú dĺžky oboch ramien rovnaké, lúče 1 a 2 získajú určitý dráhový rozdiel. Ak otočíte zariadenie o 90°, ramená zmenia miesta a rozdiel dráhy zmení znamienko. To by malo viesť k posunu interferenčného vzoru, ktorého veľkosť, ako ukázali Michelsonove výpočty, by sa dala ľahko zistiť.

Na výpočet očakávaného posunu interferenčného obrazca nájdime doby prechodu zodpovedajúcich dráh pre lúče 1 a 2. Nech je rýchlosť Zeme voči éteru rovná .

Ak éter nie je unášaný Zemou a rýchlosť svetla vzhľadom na éter je rovná c (index lomu vzduchu je prakticky rovný jednotke), potom sa rýchlosť svetla vzhľadom na zariadenie bude rovnať c - v pre smer a c + v pre smer.Preto je čas pre lúč 2 určený výrazom

(Rýchlosť obehu Zeme je teda 30 km/s

Skôr ako začneme počítať čas, zvážte nasledujúci príklad z mechaniky. Nech loď, ktorá vyvíja rýchlosť c vzhľadom na vodu, potrebuje preplávať rieku tečúcu rýchlosťou v v smere presne kolmom na jej brehy (obrázok 150.4). Aby sa loď mohla pohybovať daným smerom, jej rýchlosť c vzhľadom na vodu musí smerovať tak, ako je znázornené na obrázku. Preto bude rýchlosť člna vzhľadom na pobrežie rovnaká ako (ako Michelson predpokladal) rýchlosť lúča 1 vzhľadom k zariadeniu.

Preto čas pre lúč 1 je

Dosadením hodnôt (150,1) a (150,2) do výrazu pre dostaneme rozdiel v dráhe lúčov 1 a 2:

Keď sa zariadenie otočí o 90°, rozdiel dráhy zmení znamienko. V dôsledku toho bude počet prúžkov, o ktoré sa interferenčný obrazec posunie, taký

Dĺžka ramena I (berúc do úvahy viacnásobné odrazy) bola 11 m. Vlnová dĺžka svetla v experimente Michelsona a Morleyho bola 0,59 μm. Nahradením týchto hodnôt do vzorca (150.3) získame pásma.

Zariadenie umožnilo zistiť posun rádovo o 0,01 pásma. Nezistil sa však žiadny posun v interferenčnom vzore. Aby sa vylúčila možnosť, že v čase meraní bude rovina horizontu kolmá na vektor orbitálnej rýchlosti Zeme, experiment sa opakoval v rôznych časoch dňa. Následne sa experiment uskutočnil mnohokrát v rôznych obdobiach roka (v priebehu roka sa vektor orbitálnej rýchlosti Zeme otáča vo vesmíre o 360 °) a vždy dával negatívne výsledky. Éterický vietor sa nepodarilo zistiť. Globálny éter zostal nepolapiteľný.

Bolo urobených niekoľko pokusov vysvetliť negatívny výsledok Michelsonovho experimentu bez toho, aby sme opustili hypotézu o svetovom étere. Všetky tieto pokusy sa však ukázali ako neúspešné. Vyčerpávajúce, konzistentné vysvetlenie všetkých experimentálnych faktov, vrátane výsledkov Michelsonovho experimentu, podal Einstein v roku 1905. Einstein dospel k záveru, že svetový éter, teda špeciálne médium, ktoré by mohlo slúžiť ako absolútny referenčný systém, neexistuje. V súlade s tým Einstein rozšíril mechanický princíp relativity na všetky fyzikálne javy bez výnimky. Einstein ďalej v súlade s experimentálnymi údajmi predpokladal, že rýchlosť svetla vo vákuu je rovnaká vo všetkých inerciálnych referenčných sústavách a nezávisí od pohybu svetelných zdrojov a prijímačov.

Princíp relativity a princíp stálosti rýchlosti svetla tvoria základ špeciálnej teórie relativity vytvorenej Einsteinom (pozri kapitolu VIII 1. zväzku).

Už sme povedali, že kedysi sa robili pokusy určiť absolútnu rýchlosť pohybu Zeme cez imaginárny „éter“, ktorý, ako si vtedy mysleli, preniká celým priestorom. Najznámejší z týchto experimentov uskutočnili v roku 1887 Michelson a Morley. Ale až o 18 rokov neskôr Einstein vysvetlil negatívne výsledky ich experimentu.

Pre Michelsonov-Morleyho experiment bolo použité zariadenie, ktorého schéma je znázornená na obr. 15.2. Hlavné časti zariadenia: svetelný zdroj A, postriebrená priesvitná sklenená doska B, dve zrkadlá C a E. To všetko je pevne namontované na ťažkej doske. Zrkadlá C a E boli umiestnené v rovnakej vzdialenosti L od dosky B. Doska B rozdeľuje dopadajúci lúč svetla na dva, navzájom kolmé; sú nasmerované k zrkadlám a odrazené späť na platňu B. Po opätovnom prechode cez platňu B sa oba lúče navzájom prekrývajú (D a F). Ak sa čas, ktorý potrebuje svetlo na cestu z B do E a späť, rovná času, ktorý potrebuje na cestu z B do C a späť, potom výsledné lúče D a F budú vo fáze a vzájomne sa zosilnia; ak sa tieto časy čo i len mierne líšia, potom nastáva fázový posun v lúčoch a v dôsledku toho interferencia. Ak je zariadenie „v pokoji“ v éteri, potom sú časy presne rovnaké a ak sa pohybuje doprava rýchlosťou u, objaví sa časový rozdiel. Pozrime sa prečo.

Najprv vypočítajme čas, ktorý svetlo potrebuje na cestu z B do E a späť. Nech je čas „tam“ rovný t 1 a „späť“ čas rovný t 2 . Ale zatiaľ čo sa svetlo pohybuje z B do zrkadla, samotné zariadenie prejde vzdialenosť ut 1, takže svetlo bude musieť prejsť dráhu L + ut 1 rýchlosťou c. Túto cestu možno teda označiť aj ako ct 1, teda
ct 1 = L + ut 1 alebo t 1 = l/(c – u)
(tento výsledok je zrejmý, ak vezmeme do úvahy, že rýchlosť svetla vzhľadom na zariadenie je c - u; potom sa čas rovná dĺžke L delenej c - u). Rovnakým spôsobom môžete vypočítať t2. Počas tejto doby sa doska B priblíži na vzdialenosť ut 2, takže svetlo na ceste späť bude musieť prejsť iba L - ut 2. Potom
ct 2 = L -ut 2 alebo t 2 = l/(c +u)
Celkový čas je rovnaký
ti + t2 = 2Lc/(c2-u2);
Je pohodlnejšie to napísať do formulára

Teraz vypočítajme, koľko času t 3 prejde svetlo z dosky B do zrkadla C. Rovnako ako predtým, počas času t 3 sa zrkadlo C posunie doprava o vzdialenosť ut 3 (do polohy C) a svetlo sa bude pohybovať pozdĺž prepona BC vzdialenosť ct 3 . Z pravouhlého trojuholníka to vyplýva
(ct 3) 2 = L 2 + (ut 3) 2,
alebo
L 2 = c 2 t 2 3 - u 2 t 2 3 = (c 2 - u 2) t 2 3,
kde
t3 = l/√(c 2 - u 2)

Pri návrate z bodu C' musí svetlo prejsť rovnakú vzdialenosť; je to vidieť zo symetrie kresby. To znamená, že čas návratu je rovnaký (t 3) a celkový čas je 2 t 3. Napíšeme to do formulára

Teraz môžeme porovnať oba časy. Čitatelia v (15.4) a (15.5) sú rovnaké - to je čas šírenia svetla v zariadení v pokoji. V menovateľoch je člen u 2 /c 2 malý, pokiaľ nie je oveľa menší ako c. Tieto menovatele ukazujú, koľko času sa mení v dôsledku pohybu zariadenia. Upozorňujeme, že tieto zmeny nie sú rovnaké – čas, ktorý svetlo potrebuje na cestu do C a späť, je o niečo kratší ako čas potrebný na cestu do E a späť. Nezhodujú sa, aj keď sú vzdialenosti od zrkadiel k B rovnaké. Zostáva len presne zmerať tento rozdiel.

Vynára sa tu jedna technická jemnosť: čo ak dĺžky L nie sú presne rovnaké? Presnú rovnosť totiž aj tak nikdy nedosiahnete. V tomto prípade stačí otočiť zariadenie o 90°, umiestniť BC pozdĺž pohybu a BE - naprieč. Rozdiel dĺžok potom prestáva hrať rolu a ostáva už len pozorovať posun interferenčných prúžkov pri otáčaní zariadenia.

Počas experimentu Michelson a Morley umiestnili zariadenie tak, aby sa ukázalo, že segment BE je rovnobežný s pohybom Zeme na jej obežnej dráhe (v určitú dennú a nočnú hodinu). Obežná rýchlosť je približne 30 km/s a „drift vzduchu“ v určitých hodinách dňa alebo noci a v určitých obdobiach roka by mal dosiahnuť túto hodnotu. Zariadenie bolo dostatočne citlivé na to, aby si takýto jav všimlo. Ale nezistil sa žiadny rozdiel v čase - rýchlosť pohybu Zeme cez éter sa ukázala ako nemožné zistiť. Výsledok experimentu bol nulový.

Bolo to tajomné. Toto bolo alarmujúce. Prvý plodný nápad, ako prelomiť patovú situáciu, predložil Lorenz. Pripustil, že všetky hmotné telesá sa pri pohybe stláčajú, ale len v smere pohybu. Ak je teda dĺžka telesa v pokoji Lo, potom je daná dĺžka telesa pohybujúceho sa rýchlosťou u (nazvime to L ||, kde znamienko || označuje, že pohyb prebieha po dĺžke telesa). podľa vzorca

Ak sa tento vzorec použije na Mankelsonov-Morleyho interferometer, potom vzdialenosť od B po C zostane rovnaká a vzdialenosť od B po E sa skráti na L√(1 - u 2 /c 2). Teda rovnica (15.5) sa nezmení, ale L v rovnici (15.4) sa bude meniť v súlade s (15.6). V dôsledku toho dostaneme

Pri porovnaní s (15.5) vidíme, že teraz t 1 + t 2 = 2t 3 . Ak sa teda zariadenie skutočne stiahne, ako sme predpokladali, potom je jasné, prečo Michelsonov-Morleyho experiment nepriniesol žiadny efekt.

Hoci redukčná hypotéza bola úspešná pri vysvetľovaní negatívneho výsledku skúsenosti, samotná bola zraniteľná voči obvineniu, že jej jediným účelom bolo zbaviť sa ťažkostí pri vysvetľovaní skúsenosti. Bolo to príliš umelé. Podobné ťažkosti sa však vyskytli aj pri iných experimentoch na detekciu éterického vetra. Nakoniec sa začalo zdať, že príroda vstúpila do „sprisahania“ proti človeku, že sa uchýlila k sprisahaniu a tu a tam zaviedla nejaké nové javy, aby znížila na nulu každý jav, pomocou ktorého sa človek pokúša. merať u.

A nakoniec sa uznalo (Poincaré na to poukázal), že úplné sprisahanie je zákon prírody! Poincaré navrhol, že v prírode existuje zákon, že éterický vietor nemožno žiadnym spôsobom zistiť, to znamená, že nemožno zistiť absolútnu rýchlosť.