Эксперымент Майкельсана і Морлі
Пендахулуан
У канцы 19 стагоддзя сярод фізікаў была папулярная канцэпцыя святлоноснага эфіру, або проста «эфіру». Лічылася, што эфір — гэта нябачнае асяроддзе, якое пранізвае Сусвет і забяспечвае асяроддзе для распаўсюджвання святла, гэтак жа, як паветра забяспечвае асяроддзе для гукавых хваль. Эксперымент Майкельсана і Морлі, праведзены ў 1887 годзе, быў накіраваны на выяўленне існавання гэтага эфіру. Іх вынікі не толькі паставілі пад сумнеў канцэпцыю эфіру, але і праклалі шлях для развіцця спецыяльнай тэорыі адноснасці Альберта Эйнштэйна. У гэтым артыкуле будуць разгледжаны перадумовы, метадалогія, вынікі і ўплыў эксперыменту Майкельсана і Морлі.
Латар Белаканг
Да эксперыментаў Майкельсана і Морлі многія вядучыя фізікі лічылі, што для распаўсюджвання святла, як і іншых механічных хваль, патрабуецца асяроддзе. Гэтая канцэпцыя эфіру лічылася неабходнай для тлумачэння ўласцівасцей святла, у тым ліку яго распаўсюджвання ў вакууме.
Аднак эксперыментальных доказаў існавання эфіру не было. Таму Альберт А. Майкельсан і Эдвард У. Морлі паспрабавалі выявіць рух Зямлі праз эфір з дапамогай інтэрферометра — прылады, распрацаванай самім Майкельсанам.
Метадалогія
Інтэрферометр Майкельсана
Інтэрферометр, які выкарыстоўвалі Майкельсан і Морлі, складаўся з крыніцы святла, якая выпраменьвала святло на напаўпранікальнае люстэрка. Гэтае святло расшчаплялася на два перпендыкулярныя прамяні і адбівалася назад люстэркамі, размешчанымі на кожным шляху. Затым два прамяні аб'ядноўваліся, утвараючы назіраемую інтэрферэнцыйную карціну.
Гэты інтэрферометр вельмі адчувальны да невялікіх змен даўжыні шляху, пройдзенага праменем святла, таму ён павінен быць здольны выяўляць адрозненні, выкліканыя рухам Зямлі праз эфір.
Эксперыментальная працэдура
Майкельсан і Морлі ўсталявалі ў сваёй лабараторыі інтэрферометр і накіравалі два светлавыя прамяні, адзін паралельны кірунку руху Зямлі праз эфір (як яны меркавалі), а другі перпендыкулярны гэтаму кірунку. Яны выказалі гіпотэзу, што калі б эфір існаваў, рух Зямлі праз эфір выклікаў бы розніцу ў часе праходжання двух светлавых прамянёў, што прывяло б да вымернай змены інтэрферэнцыйнай карціны.
Эксперыменты праводзіліся з рознымі арыентацыямі інтэрферометра, якія паўтараліся шмат разоў на працягу года, каб улічыць змены становішча Зямлі адносна эфіру.
Эксперыментальныя вынікі
Пасля правядзення дбайных вымярэнняў Майкельсан і Морлі не выявілі істотных адрозненняў у назіраных інтэрферэнцыйных карцінах. Гэты вынік сведчыў аб адсутнасці выяўленага руху Зямлі адносна эфіру, што супярэчыла іх першапачатковай гіпотэзе.
Вынік гэтага эксперыменту вядомы як нулявы вынік, бо ён не даў ніякіх доказаў існавання эфіру. Гэты вынік здзівіў многіх навукоўцаў таго часу і стаў адным з самых вядомых эксперыментаў у гісторыі фізікі.
Наступствы і рэакцыі
Уплыў на тэорыю эфіру
Няздольнасць Майкельсана і Морлі выявіць эфір паставіла пад сур'ёзныя сумневы існаванне гэтага асяроддзя. Для тлумачэння нулявых вынікаў было прапанавана шмат тэорый, у тым ліку канцэпцыя эфіру, звязанага з Зямлёй, або скарачэнне даўжыні фізікамі Джорджам Фіцджэральдам і Хендрыкам Лорэнцам.
скарачэнне Лорэнца-Фіцджэральда
Фіцджэральд і Лорэнц выказалі здагадку, што аб'екты, якія рухаюцца праз эфір, скарачаюцца ў сваім кірунку руху, тым самым ураўноўваючы час праходжання святла па абедзвюх інтэрфераметрычных шляхах. Гэтая тэорыя, вядомая як гіпотэза скарачэння Лорэнца-Фіцджэральда, дала спецыяльнае тлумачэнне, якое часова выратавала канцэпцыю эфіру.
Уклад у тэорыю адноснасці
Альберт Эйнштэйн, ведаючы пра вынікі эксперыментаў Майкельсана і Морлі, распрацаваў у 1905 годзе спецыяльную тэорыю адноснасці. Гэтая тэорыя ліквідавала неабходнасць эфіру, пастулюючы, што хуткасць святла ў вакууме пастаянная і аднолькавая для ўсіх назіральнікаў, незалежна ад іх адноснага руху. Спецыяльная тэорыя адноснасці дала паслядоўнае і элегантнае тлумачэнне вынікаў эксперыментаў Майкельсана і Морлі без неабходнасці эфірнага асяроддзя.
Значнасць эксперыменту
Эксперымент Майкельсана і Морлі стаў важным паваротным момантам у гісторыі фізікі. Некаторыя з найважнейшых значэнняў гэтага эксперыменту:
1. Аспрэчванне канцэпцыі эфіру:
Гэты эксперымент даў важкія доказы супраць існавання эфіру, прымусіўшы навукоўцаў пераасэнсаваць асновы тэорыі святла і электрамагнітных хваль.
2. Заахвочвайце развіццё тэорыі адноснасці:
Нулявы вынік гэтага эксперыменту стаў адным з фактараў, якія падштурхнулі Эйнштэйна да распрацоўкі спецыяльнай тэорыі адноснасці, якая рэвалюцыянізавала наша разуменне прасторы і часу.
3. Эксперыментальная метадалогія:
Інтэрфераметрычны метад, распрацаваны Майкельсанам, працягвае выкарыстоўвацца ў многіх іншых навуковых эксперыментах, у тым ліку пры выяўленні гравітацыйных хваль інтэрферометрам LIGO ў 2015 годзе.
Выснова
Эксперымент Майкельсана і Морлі — адзін з найважнейшых эксперыментаў у гісторыі фізікі. Правераўшы існаванне эфіру і атрымаўшы нулявы вынік, гэты эксперымент аспрэчыў пануючую навуковую парадыгму таго часу і праклаў шлях для развіцця Эйнштэйнам спецыяльнай тэорыі адноснасці. Вынікі гэтага эксперыменту не толькі пахіснулі асновы нашага разумення святла і асяроддзя яго распаўсюджвання, але і выклікалі значны зрух у тэарэтычнай фізіцы, які наблізіў нас да сучаснага разумення Сусвету.
Гэты эксперымент нагадвае нам пра важнасць эксперыментальнай праверкі ў навуцы і пра тое, як нечаканыя вынікі могуць прывесці да значных поспехаў у навуковым разуменні. Выключыўшы неабходнасць у эфіры, эксперымент Майкельсана і Морлі дапамог пачаць новую эру ў фізіцы, якая працягваецца і па сённяшні дзень.
