Sa ikalawang kalahati ng ika-19 na siglo, ang mga pisikal na pananaw sa kalikasan ng pagpapalaganap ng liwanag, ang pagkilos ng gravity at ilang iba pang mga phenomena ay mas malinaw na nagsimulang makatagpo ng mga kahirapan. Ang mga ito ay konektado sa ethereal na konsepto na nangingibabaw sa agham. Ang ideya ng pagsasagawa ng isang eksperimento na lulutasin ang mga naipong kontradiksyon, gaya ng sinasabi nila, ay nasa himpapawid.
Noong 1880s, isang serye ng mga eksperimento ang na-set up, napakasalimuot at banayad para sa mga panahong iyon - ang mga eksperimento ni Michelson upang pag-aralan ang pag-asa ng bilis ng liwanag sa direksyon ng paggalaw ng nagmamasid. Bago pag-aralan nang mas detalyado ang paglalarawan at mga resulta ng mga sikat na eksperimentong ito, kailangang alalahanin kung ano ang konsepto ng aether at kung paano naunawaan ang pisika ng liwanag.
19th century view sa kalikasan ng mundo
Sa simula ng siglo, ang wave theory of light ay nagtagumpay, na nakatanggap ng napakatalino na eksperimentongkumpirmasyon sa mga gawa ni Jung at Fresnel, at kalaunan - at teoretikal na pagbibigay-katwiran sa gawain ni Maxwell. Ang liwanag ay ganap na hindi maikakaila na nagpakita ng mga katangian ng alon, at ang teorya ng corpuscular ay ibinaon sa ilalim ng isang tumpok ng mga katotohanan na hindi nito maipaliwanag (ito ay bubuhayin lamang sa simula ng ika-20 siglo sa isang ganap na bagong batayan).
Gayunpaman, hindi maisip ng pisika noong panahong iyon ang pagpapalaganap ng alon kung hindi sa pamamagitan ng mekanikal na vibrations ng isang medium. Kung ang liwanag ay isang alon, at ito ay nagagawang magpalaganap sa isang vacuum, kung gayon ang mga siyentipiko ay walang pagpipilian kundi ang ipalagay na ang vacuum ay napuno ng isang tiyak na sangkap, dahil sa mga vibrations nito na nagsasagawa ng mga light wave.
Luminous Aether
Ang mahiwagang substance, walang timbang, hindi nakikita, hindi nakarehistro ng anumang device, ay tinatawag na ether. Ang eksperimento ni Michelson ay idinisenyo lamang upang kumpirmahin ang katotohanan ng pakikipag-ugnayan nito sa iba pang mga pisikal na bagay.
Ang mga hypotheses tungkol sa pagkakaroon ng ethereal matter ay ipinahayag nina Descartes at Huygens noong ika-17 siglo, ngunit naging kinakailangan ito bilang hangin noong ika-19 na siglo, at kasabay nito ay humantong sa mga hindi matutunaw na kabalintunaan. Ang katotohanan ay upang umiral sa pangkalahatan, ang eter ay kailangang magkaroon ng kapwa eksklusibo o, sa pangkalahatan, pisikal na hindi tunay na mga katangian.
Mga salungat sa konsepto ng ether
Upang tumugma sa larawan ng naobserbahang mundo, ang luminiferous ether ay dapat na ganap na hindi gumagalaw - kung hindi, ang larawang ito ay patuloy na mababaluktot. Ngunit ang kanyang kawalang-kilos ay nasa hindi mapagkakasunduang salungatan sa mga equation at prinsipyo ni Maxwellrelativity ng Galilean. Para sa kapakanan ng kanilang pangangalaga, kinakailangang aminin na ang eter ay dinadala ng mga gumagalaw na katawan.
Bukod dito, ang ethereal matter ay naisip na ganap na solid, tuluy-tuloy at sa parehong oras ay hindi humahadlang sa paggalaw ng mga katawan sa pamamagitan nito, hindi mapipigil at, bukod pa rito, nagtataglay ng transverse elasticity, kung hindi, hindi ito magsasagawa ng electromagnetic waves. Bilang karagdagan, ang eter ay naisip bilang isang ganap na sangkap, na, muli, ay hindi angkop sa ideya ng kanyang pagkahilig.
Ang ideya at ang unang produksyon ng eksperimento ni Michelson
Ang Amerikanong pisiko na si Albert Michelson ay naging interesado sa problema sa aether matapos basahin ang sulat ni Maxwell, na inilathala pagkatapos ng kamatayan ni Maxwell noong 1879, na naglalarawan ng hindi matagumpay na pagtatangka na tuklasin ang paggalaw ng Earth na may kinalaman sa aether sa journal Nature..
Noong 1881, naganap ang unang eksperimento ni Michelson upang matukoy ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag sa iba't ibang direksyon na may kaugnayan sa ether, isang tagamasid na gumagalaw kasama ng Earth.
Ang Earth, na gumagalaw sa orbit, ay dapat sumailalim sa pagkilos ng tinatawag na ethereal wind - isang phenomenon na katulad ng daloy ng hangin na tumatakbo sa isang gumagalaw na katawan. Ang isang monochromatic light beam na nakadirekta parallel sa "hangin" na ito ay lilipat patungo dito, mawawala ng kaunti sa bilis, at kabaliktaran (na sumasalamin mula sa salamin) sa kabaligtaran na direksyon. Ang pagbabago sa bilis sa parehong mga kaso ay pareho, ngunit ito ay nakakamit sa iba't ibang oras: ang pinabagal na "paparating" na sinag ay magtatagal sa paglalakbay. Kaya ang signal ng ilawAng ibinubuga na kahanay ng "ether wind" ay kinakailangang maantala kaugnay ng isang signal na naglalakbay sa parehong distansya, pati na rin sa pagmuni-muni mula sa salamin, ngunit sa isang patayo na direksyon.
Upang irehistro ang pagkaantala na ito, ginamit ang isang device na inimbento mismo ni Michelson - isang interferometer, na ang operasyon ay batay sa phenomenon ng superposition ng magkakaugnay na light waves. Kung naantala ang isa sa mga wave, ang pattern ng interference ay maglilipat dahil sa magreresultang pagkakaiba ng phase.
Ang unang eksperimento ni Michelson sa mga salamin at isang interferometer ay hindi nagbigay ng hindi malabo na resulta dahil sa hindi sapat na sensitivity ng device at pagmamaliit ng maraming interferences (vibrations) at nagdulot ng pagpuna. Kinailangan ng makabuluhang pagpapabuti sa katumpakan.
Paulit-ulit na karanasan
Noong 1887, inulit ng siyentipiko ang eksperimento kasama ang kanyang kababayan na si Edward Morley. Gumamit sila ng advanced na pag-setup at gumawa ng espesyal na pangangalaga upang maalis ang impluwensya ng mga side factor.
Hindi nagbago ang esensya ng karanasan. Ang light beam na nakolekta sa pamamagitan ng isang lens ay nangyari sa isang semitransparent na salamin na nakatakda sa isang anggulo na 45°. Dito hinati niya: ang isang sinag ay tumagos sa divider, ang pangalawa ay napunta sa isang patayo na direksyon. Ang bawat isa sa mga beam ay pagkatapos ay makikita ng isang ordinaryong flat mirror, ibinalik sa beam splitter, at pagkatapos ay bahagyang tumama sa interferometer. Ang mga eksperimento ay nagtitiwala sa pagkakaroon ng isang "ethereal wind" at inaasahang makakakuha ng ganap na masusukat na pagbabago ng higit sa isang katlo ng interference fringe.
Imposibleng pabayaan ang paggalaw ng solar system sa kalawakan, kaya kasama sa ideya ng eksperimento ang kakayahang paikutin ang pag-install upang maayos ang direksyon ng "ethereal wind".
Upang maiwasan ang panghihimasok ng vibration at pagbaluktot ng larawan kapag pinihit ang device, inilagay ang buong istraktura sa isang napakalaking stone slab na may kahoy na toroidal float na lumulutang sa purong mercury. Ang pundasyon sa ilalim ng pagkakabit ay ibinaon sa bato.
Mga eksperimentong resulta
Nagsagawa ang mga siyentipiko ng maingat na mga obserbasyon sa buong taon, na iniikot ang plato gamit ang device clockwise at counterclockwise. Ang pattern ng interference ay naitala sa 16 na direksyon. At, sa kabila ng katumpakan na hindi pa nagagawa para sa kanyang panahon, ang eksperimento ni Michelson, na isinagawa sa pakikipagtulungan kay Morley, ay nagbigay ng negatibong resulta.
In-phase light waves na umaalis sa beam splitter ay umabot sa finish line nang walang phase shift. Ito ay paulit-ulit sa bawat oras, sa anumang posisyon ng interferometer, at nangangahulugan na ang bilis ng liwanag sa eksperimento ni Michelson ay hindi nagbabago sa anumang pagkakataon.
Ang pagsuri sa mga resulta ng eksperimento ay paulit-ulit na isinagawa, kasama na noong ika-20 siglo, gamit ang mga laser interferometer at microwave resonator, na umabot sa katumpakan ng isang sampung bilyon ng bilis ng liwanag. Ang resulta ng karanasan ay nananatiling hindi natitinag: ang halagang ito ay hindi nagbabago.
Ang kahulugan ng eksperimento
Mula sa mga eksperimento nina Michelson at Morley, sinusunod nito na ang "ethereal wind", at, dahil dito, ang mailap na bagay na ito ay sadyang hindi umiiral. Kung ang anumang pisikal na bagay sa panimula ay hindi nakita sa anumang mga proseso, ito ay katumbas ng kawalan nito. Ang mga physicist, kabilang ang mga may-akda ng napakahusay na itinanghal na eksperimento, ay hindi kaagad napagtanto ang pagbagsak ng konsepto ng eter, at kasama nito ang ganap na frame ng sanggunian.
Tanging si Albert Einstein noong 1905 ang nakapagpakita ng pare-pareho at kasabay na rebolusyonaryong bagong paliwanag ng mga resulta ng eksperimento. Isinasaalang-alang ang mga resultang ito kung ano ang mga ito, nang hindi sinusubukang magbigay ng speculative ether sa kanila, nakarating si Einstein sa dalawang konklusyon:
- Walang optical experiment ang makaka-detect ng rectilinear at unipormeng paggalaw ng Earth (ang karapatang isaalang-alang ito bilang ganoon ay ibinibigay ng maikling tagal ng pagkilos ng pagmamasid).
- Tungkol sa anumang inertial frame of reference, ang bilis ng liwanag sa vacuum ay hindi nagbabago.
Ang mga konklusyon na ito (ang una - kasama ang prinsipyo ng relativity ng Galilea) ay nagsilbing batayan para sa pagbabalangkas ni Einstein ng kanyang mga sikat na postulate. Kaya ang eksperimento ng Michelson-Morley ay nagsilbing matibay na batayan ng empirikal para sa espesyal na teorya ng relativity.
