wiatru eteru

Doświadczenie Michelsona - Morleya
Albert Abraham Michelson
urodzony 19.12.1852 r. w Strzelnie
w 1855 r. wyemigrował z rodzicami do
USA
w 1869 r. rozpoczął studia w Annapolis na
Akademii Marynarki Wojennej USA
w latach 1875 – 79 wykładał na Akademii fizykę i chemię
1877 - rozpoczął pierwsze eksperymenty dotyczące
prędkości światła
do 1882 r. aspirantura w Berlinie i Paryżu pod kierunkiem
Hermanna Helmholtza
po rezygnacji ze służby w Marynarce Wojennej USA,
rozpoczął pracę jako profesor fizyki w Case School of
Applied Science w Cleveland, w Ohio (1883)
Edward Williams Morley
urodzony 29.01.1838 r. w Newark, NJ
ukończył Williams College w 1860 r.
od 1869 r. był profesorem chemii i geologii na Western
Reserve College
w 1873 r. równolegle rozpoczął pracę na tym samym
stanowisku w Medical College w Cleveland
w 1877 r. zaczął badania nad przyczynami zmiany
zawartości tlenu w atmosferze, przy użyciu samodzielnie
opracowanego aparatu do analizy gazów
Powody przeprowadzenia
doświadczenia
pogląd o falowej naturze światła, sformułowany przez
Roberta Hooke'a
przeświadczenie
XIX-wiecznych
fizyków
o
tym,
że
fale
rozprzestrzeniają się w ośrodkach
sprężystych
hipotetyczny eter jako ośrodek,
rozprzestrzeniają się fale świetlne
w
którym
Kwestia eteru
istnienie eteru postulował James Clerk Maxwell
Maxwell udowodnił, iż światło może się
rozprzestrzeniać nie tylko w ośrodkach materialnych,
ale także w próżni
eter jawił się więc jako ośrodek wypełniający cały
Wszechświat
tak zdefiniowany eter wyznaczałby absolutny układ
odniesienia
prędkość światła musiałaby być stała względem
ośrodka o takim charakterze
Kwestia eteru
wniosek Maxwella mierząc prędkość światła
w różnych momentach doby i roku, można by określić
prędkość Ziemi względem eteru
Kwestia eteru
zbadana prędkość światła byłaby wypadkową
wektorów prędkości światła i Ziemi względem eteru
Doświadczenie Michelsona
zostało przeprowadzone samodzielnie przez Alberta
Michelsona w 1881 r. w Berlinie i Poczdamie
poprzedzało doświadczenie Michelsona - Morleya
było próbą znalezienia odpowiedzi na pytanie, jaki
jest ruch eteru względem ciał niebieskich, czyli
próbą określenia wiatru eteru
w celu jego przeprowadzenia Albert Michelson
skonstruował przyrząd pomiarowy, zwany obecnie
interferometrem Michelsona
Interferometr Michelsona
Interferometr
2-wiązkowy,
składający
się z 2 zwierciadeł Z1,
Z2
oraz półprzezroczystej
płytki P
Po kolejnych odbiciach
od zwierciadeł dwie wiązki
docierają do detektora,
którym może być np. oko
Światło ze źródła S,
padając na posrebrzoną
płytkę P, rozdziela się
na 2 wiązki
Na skutek małych różnic
Jeśli jedno ze zwierciadeł
między kątami padania promieni
porusza się, to układ prążków
światła z różnych punktów
w określony sposób przesuwa się
źródła powstają prążki
w polu widzenia
interferencyjne
Natężenie wiązki
Część światła padającego
przechodzącej i odbitej
na szkło ulega odbiciu,
są mniej więcej
a reszta jest przepuszczana
jednakowe
S – źródło światła monochromatycznego
P – półprzepuszczalna płytka
Z1, Z2 - zwierciadła
Wyniki i wnioski
Michelson nie zaobserwował spodziewanego
przesunięcia prążków interferencyjnych, równego
0,04 szerokości pojedynczego prążka
uzyskane przesunięcie, będące efektem błędu
pomiaru, wynosiło zaledwie 0,02
ówczesny świat nauki podważał wiarygodność
uzyskanych przez Michelsona wyników
Michelson
postanowił
powtórzyć
swoje
doświadczenie, wykorzystując udoskonaloną wersję
swojego aparatu
prototypowy interferometr Michelsona udowodnił
jednak słuszność obranej metody pomiarowej
Doświadczenie Michelsona-Morleya
Michelson postanowił połączyć swe wysiłki
z Edwardem Morleyem – chemikiem z Western
Reserve College
Michelson poznał Morleya podczas
w Case School of Applied Science
pracy
obaj naukowcy zbudowali nowy interferometr,
o zwiększonej dokładności pomiaru, wzorowany na
poprzednim aparacie Michelsona z 1881 r.
Doświadczenie Michelsona-Morleya
w nowym interferometrze zwiększono drogę,
po której poruszało się światło do 11 m
aparatura
pomiarowa
została
umieszczona
w zamkniętej piwnicy masywnego, ceglanego
budynku, w celu eliminacji wpływu temperatury
i drgań
drgania zostały dodatkowo wytłumione poprzez
umieszczenie interferometru na marmurowym
bloku, który pływał w kadzi wypełnionej rtęcią
udoskonalony interferometr byłby w stanie wykryć
przesunięcie już o 0,01 prążka, przy czym
spodziewane przesunięcie wynosiło 0,4 prążka
Doświadczenie Michelsona-Morleya
kadź z rtęcią umożliwiała obrót aparatury
pomiarowej w pełnym zakresie możliwych położeń
interferometru względem wiatru eteru
aparatura pomiarowa pozwalała odnotować
jakiekolwiek efekty związane z wiatrem eteru
w krótkich oraz dłuższych okresach
Doświadczenie Michelsona-Morleya
badania były prowadzone w budynku kampusu
Szkoły Case'a w Cleveland przez cały rok
decydujące pomiary wykonano w lipcu 1887 r.
wynik pomiarów był następujący:
Nie ma widocznej różnicy
w prędkości światła, niezależnie
od kierunku, w jakim porusza się
obserwator
Reakcja świata nauki
wynik doświadczenia był sporym
zaskoczeniem, a nawet rozczarowaniem,
zarówno dla samych eksperymentatorów,
jak i ich zleceniodawców – lorda Kelvina
oraz lorda Rayleigha
negatywny wynik eksperymentu zadziwił
cały ówczesny świat nauki, gdyż obalał
pogląd mówiący o konieczności istnienia
jakiegoś ośrodka do rozchodzenia się fal
elektromagnetycznych
mając na uwadze niezwykłą precyzję
aparatury i staranność przeprowadzenia
eksperymentu, zaakceptowano jego wynik
oraz
zaczęto
szukać
błędów
w istniejących koncepcjach naukowych
Reakcja świata nauki
jednymi z pierwszych, którzy podali interpretacje
wyniku doświadczenia, byli George Francis
FitzGerald i Hendrik Antoon Lorentz
obaj naukowcy zaproponowali, iż kula ziemska oraz
każdy obiekt na jej powierzchni ulega nieznacznemu
skróceniu na skutek odkształcenia, wywołanego
ruchem Ziemi w eterze
Lorentz zasugerował, że ruch ciał względem eteru
powoduje skrócenie ich wymiarów o pewien
czynnik
na pełne wyjaśnienie trzeba było
poczekać jeszcze kilka lat
Reakcja świata nauki
w 1905 r. Albert Einstein ogłosił założenia
Szczególnej Teorii Względności
jej postulaty zostały sformułowane następująco:
Prędkość światła w próżni jest taka sama
dla
Prawa
wszystkich
fizyki są
obserwatorów,
jednakowe
taka
we wszystkich
sama we wszystkich
układach inercjalnych
kierunkach
i nie zależy od prędkości źródła światła
oznaczało to ostateczny
koncepcji eteru
upadek
Reakcja świata nauki
w kolejnych latach doświadczenie było wielokrotnie
powtarzane przez różnych naukowców
Morley i
Miller
1904
Tomascheck
1924
Kennedy
1926
Joos
1930
Piccard i
Stahel
1927
uzyskane wyniki był zgodne z wynikami
doświadczenia Michelsona-Morleya z 1887 r.
E. W. Morley – dalsze losy
w kolejnych latach współpracował z Daytonem
C. Millerem, przeprowadzając eksperymenty
mające potwierdzić istnienie eteru
najbardziej pamiętany za doświadczenie
przeprowadzone z Michelsonem, prowadził też
badania w innych dziedzinach

zawartość tlenu w atmosferze

rozszerzalność cieplna ciał

prędkości światła w polu magnetycznym
zmarł 24.02.1923 r.
A. A. Michelson – dalsze losy
w 1892 r. został profesorem nowoutworzonego
Uniwersytetu Chicago
w 1899 r. ożenił się z Edną Stanton, z którą
miał syna i trzy córki
w 1907 r. otrzymał, jako pierwszy
naukowiec w historii USA, Nagrodę
Nobla w dziedzinie fizyki
za konstrukcję precyzyjnych instrumentów
optycznych i pomiary w dziedzinie
spektroskopii i metrologii przy ich użyciu
w latach 1920-21w obserwatorium na Mt. Wilson
jako pierwszy dokonał wraz z F. G. Peasem
pomiaru średnicy gwiazdy innej niż Słońce
zmarł 09.05.1931 r. w Pasadenie w Kalifornii