Michelson-Morleyev eksperiment. Michelson-Morley eksperiment 28 Iz Michelson-Morleyevog eksperimenta slijedi da

Bernard Jeff

5. Michelson-Morleyev eksperiment

Case School of Applied Science, koja je otvorila svoja vrata studentima 1881. godine, a kasnije postala Case Institute of Technology, nalazila se u Kejsovom bivšem domu u ulici Rockville, u blizini centralnog trga u Klivlendu. Prvo što je Majklson morao da uradi po preuzimanju dužnosti bilo je da opremi laboratoriju u pomoćnoj zgradi u krugu škole.

Pored Kejsovog imanja nalazio se Univerzitet Western Reserve, koji je u leto 1882. prebačen u Klivlend iz Hadsona u Ohaju. Preko puta ulice, stotinjak metara od Majklsonove laboratorije, nalazio se Adelbert Hol, jedna od univerzitetskih zgrada u kojoj je radio profesor hemije Edvard V. Morli.

Majklson i Morli su se ubrzo upoznali i zbližili zbog zajedničkih naučnih interesa. Zajedno su putovali na naučne konferencije u Baltimoru, Montrealu i drugim gradovima, a što su se bolje upoznavali, to su više jačale njihove međusobne simpatije i poštovanje.

Spolja, ova dva naučnika su izgledala veoma različito. Morli je bio više od petnaest godina stariji od Majklsona i vodi poreklo od engleskih doseljenika koji su napustili Britanska ostrva početkom 17. veka. Njegov otac je bio kongregacijski propovjednik, a sam je diplomirao na teološkom sjemeništu u Andoveru (Masachusetts) 1864. godine i pripremao se da primi svete redove. Njegova karijera je primjer kako se strast pretvara u životno djelo. Pošto nije dobio odgovarajuću teološku katedru, počeo je da se bavi hemijom, koju je ranije samo amaterski učio. Godine 1868. Univerzitet Western Reserve ponudio mu je mjesto profesora hemije i prirodne filozofije. Morley je bio vrlo religiozan i propovijedao je s vremena na vrijeme u okolnim crkvama. Štaviše, pristao je da prihvati mesto profesora u Zapadnom rezervatu samo pod uslovom da mu bude dozvoljeno da redovno propoveda u univerzitetskoj kapeli.

Što se tiče Michelsona, on je bio veoma daleko od religije. Njegov otac je bio ateista, a religija nije zauzimala nikakvo mjesto u životu njihove porodice. Dakle, nije se pridružio drevnoj vjeri svojih predaka i cijeli je život bio nevjernik. Svojoj ženi je povjerio odgoj djece u duhu vjere. Diveći se čudima prirode, on je ipak odbio da ih pripiše bilo kom stvaraocu. Jedne zvjezdane noći, pokazujući i imenujući sazviježđa na nebu svojoj djeci, rekao je: „Možda ćete zaboraviti imena sazviježđa, ali ja smatram da su nedostojni poštovanja ljudi koji se ne klanjaju čudima prirode. Jednom je napisao: „Šta se po lepoti može porediti sa veličanstvenom korespondencijom prirodnih sredstava i njenih ciljeva i sa onim nepromenljivim pravilom pravilnosti koje upravlja naizgled neuređenim i najsloženijim njenim manifestacijama?“ Međutim, on nije prepoznao ideju Boga.

Majklson je bio zgodan, vitak i uvek besprekorno obučen. Morley se odijevao, najblaže rečeno, ležerno i u potpunosti bi odgovarao stereotipnoj ideji rasejanog profesora, da nije bilo njegove živahnosti pokreta, energije i pričljivosti. Imao je kosu do ramena i ogromne crvene brkove koji su mu virili skoro do ušiju. Bio je oženjen, ali bez djece.

Međutim, Michelson i Morley su imali mnogo toga zajedničkog. Oboje su voleli muziku. Michelson je dobro svirao violinu, a Morley je bio odličan orguljaš. Obojica su se odlikovali genijalnošću u pogledu preciznih mjernih instrumenata i izuzetnom pažnjom u radu. Morliju, kao i Majklsonu, nije promakao nijedan detalj i, baš kao i on, nakon što se uhvatio u koštac sa proučavanjem bilo kog naučnog problema, nije se povlačio dok nije obavio zadatak.

Prije nego što je upoznao Michelsona, Morley je, provjeravajući izvještaje o različitim procentima kisika u različitim uzorcima zraka, poduzeo studiju relativne težine kisika i vodonika u čistoj vodi. Ovo istraživanje je trajalo skoro dvadeset godina. Izveo je hiljade eksperimenata, mnoge o svom trošku. Analizirao je bezbroj uzoraka destilovane vode elektrolizom i sintetizirao vodu metodom električne iskre, kombinujući određene količine dva elementa. Kao rezultat dugogodišnjeg istraživanja, odredio je težinu ovih elemenata na petu decimalu. Litar kiseonika težak je 1,42900 g, a vodonika 0,89873 g, sa mogućom greškom od tri stotine hiljada. Ove vrijednosti su bile široko prihvaćene kao standardne, kao i Morleyev omjer vodonika i kisika, 1,0076 prema 16. Morleyevi eksperimenti su bili klasični i osvojili su mu svjetsko priznanje.

Utjecaj kretanja medija na brzinu svjetlosti

Lord Kelvin i Lord Rejli zamolili su Majklsona da testira efekat kretanja medija na brzinu svetlosti. Majklson je odlučio da koristi vodu kao pokretni medij i podelio je svoju ideju sa Morlijem. Ponudio mu je svoju laboratoriju za rad. Nalazila se u velikoj podrumskoj prostoriji, a uslovi su bili idealni za eksperiment koji je Majklson planirao. Morley nije bio fizičar, ali je bio pametan, snalažljiv i strastven prema problemu. Godine 1860, dok je još bio student, radio je jedno vrijeme na polju astronomije. Majklson mu je rekao o problemu sa kojim se suočavaju i o uređaju koji je razmišljao da koristi. Morley je bio spreman da odmah krene na posao. Međutim, u septembru 1885. godine, kada je rad na eksperimentu još bio u početnim fazama, Michelson se ujutro pojavio u laboratoriju u potpuno jadnom stanju. Rekao je Morliju da pati od nervne iscrpljenosti i da mu je potreban dug odmor. Rekao je da mora da napusti Klivlend na najmanje godinu dana. Da li bi Morli pristao da sam dovrši uređaj, sprovede eksperimente i objavi rezultate? Predao je Morleyju određeni iznos koji je dobio za provođenje eksperimenata i dodao još 100 svojih dolara. Morley je tada primio pismo od Michelsona iz New Yorka. Redovno su se dopisivali o eksperimentu. Četiri mjeseca kasnije, Michelson je neočekivano došao u Cleveland i predložio da nastavimo raditi zajedno. Njegovo zdravlje se značajno poboljšalo i uspio je dovršiti eksperiment. Godine 1886. u američkom časopisu nauke pojavio se rad "Utjecaj kretanja medija na brzinu svjetlosti", koji su potpisali oboje. Michelson i Morley su otkrili da kretanje vode ima utjecaj na brzinu svjetlosti, ali ne na način koji bi se očekivao od teorije etra. Njihovo iskustvo potvrdilo je rezultate istraživanja koje je sproveo Fizeau 1851. godine. Dvije obrazovne institucije odjednom - Western Reserve University i Stevens Institute of Technology - dodijelile su Michelsonu doktorat. Ovo je bio Michelsonov prvi akademski stepen, budući da u njegovo vrijeme Pomorska akademija još nije imala pravo dodjeljivati ​​titulu diplomiranog doktora nauka.

Sada, imajući poboljšan instrument i obogativši svoje iskustvo, Michelson je mogao da se vrati eksperimentu sa etrom, koji je tako dugo odlagao. Morli je takođe morao da učestvuje u ovom poslu. Bili su puni najsvetlijih nada, a Morli je pisao svom ocu 17. aprila 1887: „Michelson i ja smo započeli novi eksperiment, koji bi trebao pokazati da li je brzina širenja svjetlosti ista u svim smjerovima. Ne sumnjam da ćemo dobiti konačan odgovor." Naravno, Morley je definisao svrhu eksperimenta donekle pojednostavljeno. Majklson i Morli su se spremali da odlučno pokušaju da "uhvate" neuhvatljivi etar. Ako je rezultat pozitivan, znanost će dobiti ne samo brzinu Zemljine orbite u odnosu na eter, već i brzinu njene rotacije oko svoje ose, a možda čak i metodu za određivanje brzine kretanja u svemiru. ceo solarni sistem. Ovo bi bio prvi pokušaj da se pomoću lokalnog optičkog fenomena odredi apsolutno kretanje Zemlje u svemiru, koje je poistovjećeno s etrom.

Michelson-Morley aparat

Uređaj koji su konstruisali pokazao se kao veoma masivna struktura. Sastojao se od kamene ploče površine cca 150 kvadratnih cm i debljine oko 30 cm. Na ploči su postavljena četiri ogledala od legure bakra, kalaja i arsena, kao i sva ostala oprema, uključujući. arganov gorionik. Kako bi se osigurala striktno horizontalna pozicija kamene ploče i kako bi se izbjegle greške zbog vibracija, trenja i napetosti, ploča je plutala u živoj pročišćenoj od strane Morleya. Živa je izlivena u prstenastu posudu od livenog gvožđa sa debljinom zida od oko 1,5 cm; Drveni stalak u obliku krofne lebdio je na vrhu žive, a na njemu je već bila postavljena kamena ploča. Aksijalna šipka osiguravala je koncentričnost drvenog plovka i posude od lijevanog željeza. Razmak između stijenke posude i vanjskog ruba plovka bio je manji od 1,5 cm (sl. 9).

Rice. 9. Michelson-Morleyjeva postavka.
Velika i vrlo teška kamena ploča počivala je na drvenom plovaku postavljenom u tečnu živu. Posuda sa živom imala je oblik krofne. Plutajući u tečnosti, kamena ploča i drveni stalak zadržali su strogo horizontalni položaj.

Posuda od livenog gvožđa počivala je na osloncu, koji je bio niski, kosi cigleni osmougaonik, u koji je uliven cement. Temelj interferometra zašao je duboko u zemlju, do temelja, jer gornji sloj tla nije bio dovoljno stabilan. Urađeno je šesnaest oznaka po obodu posude, na jednakoj udaljenosti jedna od druge. Drveni poklopac štitio je optički dio uređaja (ogledalo na svakom uglu ploče) od strujanja zraka i naglih promjena temperature.

Otpor kretanju teškog aparata sveden je na minimum, a primjenom neznatne sile oko njegovog obima mogla mu se dati spora, glatka i kontinuirana rotacija. Jedan pun obrt je završen za otprilike 6 minuta. Posmatrač je hodao oko aparata, krećući se istovremeno sa rotirajućom kamenom pločom, i povremeno se zaustavljao, gledajući u mali teleskop da proveri da li su se interferentne resice pomerile. Takav pomak bi značio promjenu brzine svjetlosti u ovom smjeru (slika 10).

Rice. 10. Interferometar u Michelson-Morleyevoj postavci.
Princip njegovog rada je isti kao kod uređaja prikazanog na sl. 8.

Bilo je potrebno nekoliko mjeseci da se prilagodi ovaj jedinstveni uređaj. Na kraju, Michelson je postigao da registruje i najmanji pomak interferentnih rubova. Morley i Michelson su naizmjenično obilazili instrument i gledali kroz teleskop.

Pretpostavili su da bi trebalo da postoje dva dana u godini kada će se uočiti maksimalni efekat pristranosti (ako takav efekat uopšte postoji). Svakog dana Zemlja će se kretati u potpuno suprotnom smjeru od onog u kojem se kretala tog drugog dana.

Oni su vršili zapažanja svakodnevno u dvanaest sati popodne i u šest sati uveče u šesnaest različitih pravaca. Naprežući oči, zavirili su u rubove interferencije, pokušavajući utvrditi njihov pomak.

Eksperimenti su završeni u julu 1887. Kada su svi rezultati sabrani i analizirani, svi proračuni napravljeni i više puta provjeravani, istraživači su se našli pred tvrdoglavom činjenicom koja je uništila cijelu harmoničnu teoriju. Suprotno svim očekivanjima, nije detektovan nikakav pomak u redoslijedu koji zahtijeva hipoteza o nepomičnom etru. Ovo je izgledalo kao smrtna presuda ideji nepomičnog eteričnog okeana. Michelson je bio prilično naklonjen teoriji stacionarnog etra i nadao se da će eksperiment omogućiti njeno otkrivanje. Kako bi drugačije mogle da se šire elektromagnetne vibracije, uključujući svetlosne talase? Još jednom, rezultat suptilno zamišljenog i briljantno izvedenog eksperimenta ostavio je Michelsona potpuno zbunjenog.

"Najveći od svih negativnih rezultata"

Michelson i Morley poslali su svoju poruku American Journal of Science. Nazivao se: „O relativnom kretanju Zemlje i luminifernog etra“. Iste godine objavljen je iu engleskom časopisu Philosophical Magazine. Michelsonov zaključak postao je poznat naučnicima širom svijeta. Bez obzira u kom pravcu se posmatrač kretao, nije bilo primetne razlike u brzini svetlosti. Drugim riječima, morali ste priznati nevjerovatno: koliko god brzo trčali za svjetlom, nemoguće ga je sustići. I dalje će vam bježati brzinom od 300.000 km u sekundi. Ovaj zaključak je bio u suprotnosti sa svim ljudskim iskustvima. Avion koji leti brzinom od 600 km na sat sa povratnim vetrom koji duva brzinom od 50 km na sat čini 650 km na sat u odnosu na neku fiksnu tačku. Ako leti protiv vjetra, njegova brzina će se smanjiti na 550 km na sat. Budući da se Zemlja kreće oko Sunca brzinom od približno 30 km u sekundi, brzina svjetlosnog snopa koji putuje u istom smjeru kao i Zemlja mora biti veća od brzine zraka koji putuje u suprotnom smjeru. Međutim, Michelsonov eksperiment opovrgnuo je ovu pretpostavku.

Engleski fizičar i filozof John D. Bernal nazvao je Michelsonovo i Morleyjevo otkriće "najvećim od svih negativnih rezultata u historiji nauke". Međutim, Michelson nije bio potpuno obeshrabren rezultatima svog eksperimenta. Iako su isključili postojanje stacionarnog etra, ostala je još jedna mogućnost da „Zemlja nosi etar sa sobom, dajući joj skoro istu brzinu kojom se i sam kreće, tako da brzina kretanja etra u odnosu na površinu Zemlja je nula ili vrlo mala.”

Deset godina nakon objavljivanja ove istorijske poruke, Michelson je eksperimentalno testirao „drugu hipotezu slanjem dva svjetlosna snopa duž perimetra okomitog pravokutnika čije su stranice bile 15 i 60 m. Rezultati nisu potvrdili ovu hipotezu.

Michelson nije bio uvjeren da je "neuspjeh" njegovog eksperimenta konačno riješio problem. "Pošto je rezultat eksperimenta negativan, problem još čeka na rješavanje", rekao je javno. I da se utješi, iznio je prilično neočekivan argument: „Po mom mišljenju, eksperiment nije bio uzaludan, jer je potraga za rješenjem ovog problema dovela do izuma interferometra. Mislim da svi prepoznaju da izum interferometra u potpunosti kompenzira negativan rezultat ovog eksperimenta.”

Mnogo godina kasnije, govoreći pred naučnom publikom na opservatoriji Mount Wilson, Michelson je dao sasvim drugačiju procjenu relativnog značaja eksperimenta s eterom i pronalaska interferometra. Priznao je da je njegova tvrdnja o većoj vrijednosti instrumenta suprotna "nekim važnim teorijskim razmatranjima" koja su potresla naučni svijet. Kako se ispostavilo proteklih godina, Michelson je, ne znajući, pripremio materijal od kojeg je izgrađena jedna od najvećih naučnih teorija svih vremena u Evropi. Ovo je jedan od rijetkih slučajeva gdje je početno otkriće napravljeno u Americi, a kasnije korišteno u Evropi. Gotovo uvijek je ispalo obrnuto.

Već smo rekli da se svojevremeno pokušavalo odrediti apsolutnu brzinu kretanja Zemlje kroz imaginarni „eter“, koji, kako su tada mislili, prožima sav svemir. Najpoznatiji od ovih eksperimenata izveli su 1887. Michelson i Morley. Ali samo 18 godina kasnije negativne rezultate njihovog eksperimenta objasnio je Einstein.
Za Michelson-Morley eksperiment korišten je uređaj, čiji je dijagram prikazan na sl. 15.2. Glavni dijelovi uređaja: izvor svjetlosti A, posrebrena prozirna staklena ploča B, dva ogledala C i E. Sve je to čvrsto postavljeno na tešku ploču. Ogledala C i E su postavljena na istoj udaljenosti L od ploče B. Ploča B dijeli upadni snop svjetlosti na dva, okomito jedno na drugo; usmjeravaju se na ogledala i reflektiraju natrag na ploču B.

Nakon što su ponovo prošli kroz ploču B, obje grede se međusobno preklapaju (D i F). Ako je vrijeme potrebno svjetlosti da putuje od B do E i nazad jednako vremenu potrebnom da putuje od B do C i nazad, tada će rezultirajući snopovi D i F biti u fazi i međusobno se pojačavaju; ako se ta vremena čak i neznatno razlikuju, tada dolazi do faznog pomaka u snopovima i, kao posljedica toga, interferencije. Ako uređaj "miruje" u eteru, tada su vremena potpuno jednaka, a ako se pomiče udesno brzinom u, pojavit će se vremenska razlika. Hajde da vidimo zašto.
Prvo, izračunajmo vrijeme potrebno svjetlosti da putuje od B do E i nazad. Neka je “tamo” vrijeme jednako t 1, a “povratno” vrijeme jednako t 2 . Ali dok se svjetlost kreće od B do ogledala, sam uređaj će otići na udaljenost ut 1, tako da će svjetlost morati putovati putanjom L + ut 1 brzinom c. Ova staza se stoga može označiti i kao ct 1; dakle,

(ovaj rezultat postaje očigledan ako uzmemo u obzir da je brzina svjetlosti u odnosu na uređaj c - u; tada je vrijeme jednako dužini L podijeljenoj sa c - u). Na isti način možete izračunati t2. Za to vreme, ploča B će se približiti rastojanju ut 2, tako da će svetlost morati da putuje samo L - ut u povratku. Onda

Ukupno vrijeme je jednako

Pogodnije je ovo napisati u formularu

Sada izračunajmo koliko će vremena t 3 svjetlost putovati od ploče B do ogledala C. Kao i prije, za vrijeme t 3 ogledalo C će se pomjeriti udesno za udaljenost u 3 (do položaja C'), a svjetlost će putovati duž hipotenuze BC′ udaljenosti ct 3. Iz pravouglog trougla slijedi

ili

Kada se vraćate iz tačke C', svjetlost mora prijeći istu udaljenost; to se vidi iz simetrije crteža. To znači da je vrijeme povratka isto (t 3), a ukupno vrijeme je 2t 3. Napisaćemo to u formularu

Sada možemo da uporedimo oba puta. Brojači u (15.4) i (15.5) su isti - ovo je vrijeme prostiranja svjetlosti u uređaju koji miruje. U nazivnicima, član u 2 /c 2 je mali osim ako je u mnogo manje od c. Ovi imenioci pokazuju koliko se vrijeme mijenja zbog kretanja uređaja. Imajte na umu da ove promjene nisu iste – vrijeme koje je potrebno svjetlosti da putuje do C i nazad je nešto manje od vremena potrebnog za putovanje do E i nazad. Ne poklapaju se, čak i ako su udaljenosti od ogledala do B iste. Ostaje samo precizno izmjeriti ovu razliku.
Ovdje se javlja jedna tehnička suptilnost: šta ako dužine L nisu potpuno jednake jedna drugoj? Uostalom, ionako nikada nećete postići tačnu jednakost. U ovom slučaju, samo trebate rotirati uređaj za 90°, pozicionirajući BC duž kretanja, a BE - poprečno. Razlika u dužinama tada prestaje da igra ulogu, a sve što ostaje je posmatrati pomeranje interferentnih rubova kada se uređaj rotira.
Tokom eksperimenta, Michelson i Morley su pozicionirali uređaj tako da se ispostavilo da je BE segment paralelan Zemljinom orbitalnom kretanju (neodređen sat dana i noći). Orbitalna brzina je približno 30 km/sec, a „zračni drift“ u određenim satima dana ili noći iu određenim periodima godine trebao bi dostići ovu vrijednost. Uređaj je bio dovoljno osjetljiv da primijeti takav fenomen. Ali razlika u vremenima nije otkrivena - pokazalo se da je brzinu kretanja Zemlje kroz eter nemoguće otkriti. Rezultat eksperimenta bio je nula.
Bilo je misteriozno. Ovo je bilo alarmantno. Prvu plodnu ideju o tome kako da se izađe iz ćorsokaka izneo je Lorenc. Priznao je da se sva materijalna tijela sabijaju prilikom kretanja, ali samo u smjeru kretanja. Dakle, ako je dužina tijela u mirovanju L 0, tada je data dužina tijela) koje se kreće brzinom u (nazovimo to L ║ gdje znak || označava da se kretanje odvija duž dužine tijela). po formuli

Ako se ova formula primjenjuje na Michelson-Morley interferometar, tada će udaljenost od B do C ostati ista, a udaljenost od B do E će se skratiti na L √1 - u 2 /c 2. Dakle, jednačina (15.5) se neće promijeniti, ali će se L u jednačini (15.4) promijeniti u skladu sa (15.6). Kao rezultat ćemo dobiti

Upoređujući ovo sa (15.5), vidimo da je sada t 1 +t 2 = 2t 3 . Stoga, ako se uređaj zaista skupi kao što smo pretpostavili, onda postaje jasno zašto Michelson-Morley eksperiment nije proizveo nikakav učinak.
Iako je hipoteza redukcije uspješno objasnila negativan ishod iskustva, sama je bila bespomoćna protiv optužbi da je njena jedina svrha da se riješi poteškoća u objašnjavanju iskustva. Bilo je previše veštačko. Međutim, slične poteškoće pojavile su se u drugim eksperimentima za otkrivanje eteričnog vjetra. Na kraju se počelo činiti da je priroda ušla u “zavjeru” protiv čovjeka, da je pribjegla zavjeri i svako malo uvodila neke nove pojave kako bi svaku pojavu uz koju čovjek pokuša svela na nulu. izmjeriti u.
I konačno, priznato je (Poincaré je to istakao) da je potpuna zavjera zakon prirode! Poincaré je sugerirao da u prirodi postoji zakon da se eterični vjetar ne može otkriti ni na koji način, odnosno da se apsolutna brzina ne može detektirati.

Michelson-Morleyev eksperiment je fundamentalno usmjeren na potvrđivanje (ili poricanje) postojanja svjetskog etra identifikacijom “eteričkog vjetra” (ili činjenice njegovog odsustva).

Albert Abraham MICHAELSON 1852–1931

Američki fizičar njemačkog porijekla, poznat je po izumu Michelsonovog interferometra nazvanog po njemu i po preciznim mjerenjima brzine svjetlosti. Godine 1887, Michelson je zajedno s E. W. Morleyem izveo eksperiment poznat kao Michelson-Morleyev eksperiment. Dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1907. godine “za stvaranje preciznih optičkih instrumenata i spektroskopske i metrološke studije koje su rađene uz njihovu pomoć”.

Edward Williams Morley1839 1923 ) - Američki fizičar.

Najpoznatiji je postao njegov rad na polju interferometrije, koji je obavljao zajedno sa Michelsonom. U hemiji, Morleyevo najveće dostignuće bilo je tačno poređenje atomskih masa elemenata sa masom atoma vodonika, za šta je naučnik nagrađen nagradama nekoliko naučnih društava.

SUŠTINA ISKUSTVA U RAZMATRANJU

Suština Michelson-Morleyjevog eksperimenta je da se dobije interferencijski obrazac u eksperimentalnoj postavci i identificira najmanja desinhronizacija dva snopa pod utjecajem "eteričnog vjetra". U ovom slučaju bi se dokazalo postojanje etra. U to vrijeme, etar se shvatao kao medij sličan zapreminski raspoređenoj materiji, u kojoj se svjetlost širi poput zvučnih vibracija.

Suština iskustva je sljedeća. Jednobojni snop svjetlosti, prolazeći kroz sabirno sočivo, udara u prozirno ogledalo B, nagnuto pod uglom od 45 stepeni, gdje se dijeli na dva snopa, od kojih se jedan kreće okomito na smjer namjeravanog kretanja uređaja u odnosu na u eter, drugi - paralelno sa ovim kretanjem. Na istoj udaljenosti L od prozirnog ogledala B postavljena su dva ravna ogledala - C i D. Zraci svjetlosti, reflektirani od ovih ogledala, ponovo padaju na ogledalo B, djelimično se odbijaju, dijelom prodiru kroz njega i padaju na ekran ( ili teleskop) E.

Ako interferometar miruje u odnosu na etar, tada je vrijeme koje provedu prvi i drugi zraci svjetlosti na svom putu isto, a dva koherentna zraka ulaze u detektor u istoj fazi. Posljedično, dolazi do interferencije, a središnja svijetla tačka se može uočiti u interferencijskom uzorku, čija je priroda određena omjerom oblika valnih frontova oba zraka. Ako se interferometar pomiče u odnosu na eter, tada se vrijeme koje zrake provedu na svom putu pokazuje drugačijim. Očekivani pomak u uzorku interferencije trebao bi biti 0,04 puta rastojanje između rubova interferencije.

Glavne poteškoće koje su naišle bile su u dovođenju uređaja u rotaciju bez stvaranja izobličenja, a druga je bila njegova ekstremna osjetljivost na vibracije.

Prva od ovih poteškoća potpuno je otklonjena postavljanjem aparata na masivni kamen koji lebdi u živi; drugi je prevaziđen povećanjem putanje svjetlosti zbog ponovljenih refleksija na vrijednost skoro deset puta veću od originalne.

Kamena ploča je imala površinu od oko 1,5 x 1,5 m i debljinu 0,3 m. Naslonjena je na prstenasti drveni plovak vanjskog prečnika 1,5 m, unutrašnjeg prečnika 0,7 m i debljine 0,25 m. Plovak se nalazio na živi koja se nalazila u posudi od livenog gvožđa debljine 1,5 cm i takvih dimenzija da je oko plovka bilo oko centimetar slobodnog prostora. U svakom uglu kamena postavljena su četiri ogledala. U blizini središta kamena nalazila se ravnoparalelna staklena ploča.

Zapažanja su obavljena na sljedeći način. Oko tacne od livenog gvožđa bilo je šesnaest jednako udaljenih oznaka. Uređaj se rotirao vrlo sporo (jedan okret u šest minuta), a nakon nekoliko minuta, u trenutku prolaska jedne od oznaka, sjecište mikrometarskih niti je usmjereno na najsjajniji interferencijski rub. Rotacija je bila toliko spora da se mogla izvesti lako i precizno. Zabilježeno je očitavanje mikrometarske glave zavrtnja i napravljeno je vrlo lagano i glatko guranje kako bi se održalo kretanje kamena. Prilikom prolaska sljedeće ocjene, postupak je ponovljen, i sve se to nastavilo dok uređaj nije napravio šest okretaja.

Tokom podnevnih osmatranja rotacija je vršena u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, a tokom večernjih osmatranja u smjeru kazaljke na satu. Rezultati posmatranja su grafički prikazani na Sl. 5. Kriva 1 odgovara podnevnim posmatranjima, kriva 2 – večernjim posmatranjima. Isprekidane linije pokazuju jednu osminu teoretskog pomaka. Iz slike se može zaključiti da ukoliko postoji bilo kakav pomak zbog relativnog kretanja Zemlje i luminifernog etra, on ne može biti značajno veći od 0,01 udaljenosti između pruga, što ne odgovara početnim pretpostavkama.

ZNAČAJNE KARAKTERISTIKE EKSPERIMENTA

Dakle, nakon godinu dana posmatranja njihove postavke, Michelson i Morley nisu otkrili nikakve pomake u obrascu interferencije: potpuni eterični mir! Kao rezultat: eterični vjetar, a samim tim i etar ne postoji. U odsustvu eteričnog vjetra i etra kao takvog, dolazi do nerješivog sukoba između Newtonove klasične mehanike (koja podrazumijeva određeni apsolutni referentni okvir) i Maxwellovih jednačina (prema kojima brzina svjetlosti ima graničnu vrijednost koja ne zavisi od izbor referentnog okvira) postao je očigledan, što je na kraju dovelo do pojave teorije relativnosti. Michelson-Morleyjev eksperiment je konačno pokazao da "apsolutni referentni okvir" ne postoji u prirodi. Michelson-Morleyjev eksperiment postao je temeljna potvrda specijalne teorije relativnosti. Zaključci Michelsona i Morleya ostali su nepokolebljivi čak i nakon mnogih ponavljanja eksperimenta provedenog od kraja 19. stoljeća. do danas.

Ideja eksperimenta je da se uporedi prolazak svetlosti na dva puta, od kojih se jedan poklapa sa smerom kretanja tela u eteru, a drugi okomit na njega.

Ploča B je prozirna. Na njemu je snop podijeljen na dva koherentna okomita snopa koji idu do ogledala D i C. U interferometru se susreću dva koherentna snopa, koji su prošli različite putanje od tačke razdvajanja.

Ako putuju ovim stazama u istom vremenskom periodu, tada će stići na mjesto susreta u istoj fazi i pojačati jedni druge. Ako za različita vremena, onda će se na mjestu susreta razlika u fazama i oscilacijama promijeniti. Posmatrajući interferenciju, možemo izvući zaključak o razlici faza između koherentnih talasa koji pristižu na interferometar, i odavde izračunati vreme kašnjenja jednog talasa u odnosu na drugi. Ovo su uradili Majklson i Morli. Bio je to jedan od najupečatljivijih eksperimenata 19. veka. Jednostavno u suštini, ovo iskustvo dovelo je do revolucije u nauci.

Neka se uređaj kreće u smjeru kraka BC brzinom v u odnosu na etar. Brzina svjetlosti u odnosu na eter c. Ukupno vrijeme koje će biti potrebno za putovanje do ogledala C i nazad će biti jednako:

Za preslikavanje D putanja je BDB /

Ovdje je v brzina Zemljine orbite oko Sunca (~30 km/s). Stoga, ako je uređaj na Zemlji, onda . S obzirom na malenost ovog pojma, izrazi se mogu proširiti u nizove:

Dobijamo:

Razlika u putanji zraka jednaka je:

Sada zarotirajmo uređaj za 90° tako da se smjer kretanja poklopi sa krakom BD, a krak BC je usmjeren okomito. Za razliku putanje dobijamo:

Ukupna promjena u razlici putanje zraka u vremenu kada se uređaj rotira jednaka je:

U eksperimentu se uređaj polako rotirao, jer je pravo kretanje uređaja u odnosu na eter bilo nepoznato. Dakle, kada se uređaj zarotira za 360°, svaki krak se dva puta poklapa sa smjerom kretanja i dva puta postaje okomit na smjer kretanja. Ako se, kada se uređaj okreće, promijeni razlika putanja zraka, tada bi se trebao promijeniti i položaj interferentnih rubova u vidnom polju. Procijenimo veličinu pomaka.

Relativni pomak interferencijskih rubova je:

udaljenosti između pruga, a to se može lako uočiti i izmjeriti.

Ali eksperimentalno nije pronađen nikakav efekat. Ispostavilo se da je nemoguće otkriti apsolutnu brzinu Zemlje.

Ispostavilo se da je brzina svjetlosti u svim smjerovima ista i da nema eteričnog vjetra. Uzdužna i poprečna komponenta brzine su uvijek jednake jedna drugoj. Pojavom lasera, tačnost eksperimenata je značajno povećana.

Eksperimenti su pokazali da brzina svjetlosti ne odgovara ni brzini izvora ni brzini prijemnika.

Konstantnost brzine svjetlosti je u dubokoj suprotnosti sa uobičajenim idejama eksperimenata i sa formulama za dodavanje brzina na osnovu Galilejevih transformacija. Pri brzinama znatno manjim od brzine svjetlosti, odstupanja se ne primjećuju, jer su vrlo mala. Neispravnost formule za sabiranje brzina javlja se kada su brzine dovoljno velike. Odstupanja su prvi put otkrivena 1860. godine u Fizeauovim eksperimentima.

UDK 53.01; 530.1; 530.11; 530.12:

MICHAELSON EKSPERIMENT – MORLEY, GREŠKE I UZROCI NEUSPEHA

Orlov Evgenij Fedorovič
istraživačko-proizvodno preduzeće doo "Sinuar"

MICHELSON - MORLEY, GREŠKE I UZROCI NEUSPEHA

Orlov Evgenij Fedorovič
Naučno-proizvodno preduzeće doo "Sinuar"

Michelsonov jedinstveni fizički eksperiment,

Biti stidljiv pokušaj nauke da pogleda u dubine

Fizička slika svijeta pokazala je pravi nivo

Intelektualni razvoj čovječanstva.

UVOD.

Godine 1881, nakon dugih pokušaja da izmjeri apsolutnu brzinu Zemlje u svemiru, A. Michelson je objavio rezultate, kako mu se činilo, "neuspješnog" fizičkog eksperimenta, koji je potom cijelu modernu nauku doveo u omamljenost, dovodeći je do sadašnjosti. dan u stanje delirija.

U radu “Logički i fizički aspekti u osnovi kritike teorije relativnosti” naznačen je specifičan razlog za fundamentalnu nemogućnost korištenja matematičkih transformacija H. Lorentza, a samim tim i teorije relativnosti, pri razmatranju fizičkih pojava. . Istovremeno je dat primjer sa dva inercijalna referentna sistema, u kojem je autor ovog rada već izrazio jednu od glavnih ideja da se, u principu, propagacija elektromagnetnih signala u svakom od inercijalnih referentnih sistema odvija u stvarnost.

POSTAVKA PITANJA.

Širenje elektromagnetnih signala u svakom od inercijalnih referentnih okvira znači da je svaki inercijski referentni okvir (IRS) apsolutan za lokalni prostor u neposrednoj blizini mase materijalnih čestica koje su osnova inercijalnog referentnog okvira. A širenje djelovanja duž volumetrijskih koordinata na ogromnim udaljenostima provodi ISO kroz eterične čestice koje "pripadaju" određenom inercijskom referentnom sistemu.

Dakle, širenje dejstva komponenti svakog referentnog sistema je određeno parametrima određenog referentnog sistema, koji direktno zavise od koncentracije zapremine mase materijalnih čestica u lokalnom prostoru. Iz ovoga slijedi da su dimenzije bilo kojeg inercijalnog referentnog sistema vizualno određene, a sastoje se od glavnih agregatnih stanja materije - čvrstog, tekućeg, plinovitog i plazme. Istovremeno, širok spektar elektromagnetnog zračenja koje proizilazi iz navedenih agregatnih stanja materije, omogućava vizuelno posmatranje pomoću teleskopa i drugih uređaja na velikoj udaljenosti od koncentracije agregatnih stanja, ukazuje da specifični inercijski referentni sistemi proširuju svoje djelovanje koristeći eterično stanje materije, a eterično stanje materije se posmatra u obliku elektromagnetnih talasa koji se šire određenom brzinom u eteričnoj materiji.

Shodno tome, prostor našeg svemira je konačan, a njegove dimenzije su u direktnoj proporciji sa zbirom zapremina masa materijalnih čestica, uključujući i eterične čestice.

Granice Univerzuma su određene isključivo odsustvom eterične materije u svemiru, ja ga zovem Opšti prostor (O-prostor ili, radi lakše identifikacije, Orlov prostor), koji je određen odsustvom bilo kakvih elektromagnetnih oscilacija. Dakle, udaljavajući se od prostora našeg Univerzuma i posmatrajući ga kroz moćan teleskop u obliku jedne veoma male svetleće tačke, možemo reći da posmatrač napušta prostor našeg Univerzuma. Dalje uklanjanje posmatrača iz Univerzuma i potpuni nestanak sjaja će ukazati da je posmatrač napustio prostor našeg Univerzuma i da se nalazi u Opštem prostoru. Opšti prostor je beskonačan u bilo kom pravcu i može uključivati ​​beskonačan broj bilo kojih drugih Univerzuma. Odsustvo eterične materije u zajedničkom prostoru znači da je širenje bilo koje vrste poznatih fundamentalnih interakcija u osnovi nemoguće.

Tako su A. Michelson i njegovi sljedbenici mogli i trebali dobiti dvije komponente brzine kretanja interferometra, a time i Zemlje, u svemiru. Prvi od njih je nula brzina u odnosu na površinu Zemlje, pod uslovom da interferometar miruje, što dokazuje da je Zemlja inercijalni referentni sistem, sa sopstvenim komponentama parametara delovanja u svemiru. Druga komponenta je brzina kretanja Zemlje u odnosu na bilo koji drugi odabrani inercijski referentni okvir, pod uslovom da je interferometar usmjeren isključivo na odabrani referentni okvir. Ali u ovom slučaju, ispada da Univerzum sadrži ogroman broj inercijalnih referentnih okvira, koji se kreću u svemiru u različitim smjerovima. Shodno tome, vrijednosti brzina međusobnog kretanja Zemlje i naznačenih referentnih sistema predstavljat će širok raspon brzina, počevši od nultih vrijednosti i završavajući brzinama uporedivim sa brzinama širenja gravitacijske interakcije.

Ovakva formulacija pitanja zahtijeva da interferometar bude orijentisan prema odabranoj zvijezdi, što znači da mora biti postavljen ili na cijev teleskopa, uz pomoć kojeg se može postaviti tačan smjer do odabrane zvijezde. Ili je potrebno montirati teleskop na montažni sto interferometra, ali u svakom slučaju interferometar mora imati mogućnost rotacije u dvije ravni - horizontalnoj i vertikalnoj.

Kao što je poznato, interferometri A. Michelsona i njegovih sljedbenika rotirali su samo u horizontalnoj ravni, što znači da su interferometri bili haotično usmjereni na različite inercijalne referentne sisteme, zbog čega su zabilježena haotična očitavanja.

Sljedeća važna tačka za uspješnu provedbu eksperimenta mjerenja brzine kretanja Zemlje u odnosu na odabrani udaljeni inercijski referentni sistem (zvijezdu) je uzimanje u obzir slabljenja djelovanja parametara udaljenog ISO u svemiru. . Pretpostavlja se da se takvo slabljenje događa proporcionalno kvadratu udaljenosti mjerene od Zemlje do udaljene odabrane zvijezde. Ova formulacija pitanja zahteva slabljenje svetlosnog snopa interferometra do stanja u kome će komponente parametara udaljenog ISO moći da stupe u interakciju sa svetlosnim snopom interferometra.

Poznato je da moderni interferometri koriste laserske izvore svjetlosti velike snage svjetlosnog toka. Snaga svjetlosnog toka takvih izvora koherentnog zračenja neusporedivo je veća od svjetlosnog toka udaljene zvijezde i, shodno tome, ljudsko oko, a posebno moderna oprema, jednostavno ne primjećuje interakciju dvaju zračenja različitih veličina.

Relativno slab izvor svjetlosti u Michelsonovom interferometru omogućio mu je da dobije haotične vrijednosti brzina određenih udaljenih referentnih sistema, na koje je interferometar bio haotično usmjeren tokom eksperimenta, kada je interferometar rotirao oko svoje ose.

Dakle, da bi se izmjerila apsolutna brzina kretanja Zemlje u lokalnom apsolutnom referentnom okviru udaljene zvijezde ili galaksije, moraju biti ispunjena najmanje dva važna dodatna uvjeta. Prvi uslov: – prilikom izvođenja merenja interferometar mora biti striktno orijentisan prema odabranoj udaljenoj zvezdi ili galaksiji. Drugi uslov: – svjetlosni tok interferometra mora biti srazmjeran svjetlosnom toku udaljene zvijezde ili galaksije.

Slijedom toga, rekonstrukcija interferometra se sastoji od postavljanja na teleskop, uz pomoć kojeg treba pratiti smjer prema odabranoj zvijezdi ili galaksiji, te promjerljivost svjetlosnih tokova udaljene zvijezde i izvora svjetlosti interferometra. treba eksperimentalno odabrati ugradnjom apsorbirajućih filtera.

ZAKLJUČAK.

U zaključku, treba napomenuti da će implementacija Michelson-Morleyjevog eksperimenta, uzimajući u obzir identificirane greške, omogućiti određivanje stvarnih brzina i stvarnih smjerova kretanja zvijezda i galaksija u prostoru našeg svemira. Ovo je krajnje neophodno učiniti, budući da se moderna metoda kojom se utvrđuju brzine međusobnog kretanja nebeskih tijela zasniva isključivo na „crvenom pomaku“ spektra, čime se unose velika izobličenja u razumijevanje fizičke slike svijeta.

1. Orlov E.F. Logički i fizički aspekti u osnovi kritike teorije relativnosti. // Istraživanja u oblasti prirodnih nauka. – Mart, 2013. [Elektronski izvor]. URL: