D'Experiment vum Michelson a Morley
Aféierung
Enn vum 19. Joerhonnert war de Konzept vun engem liichtenden Äther, oder einfach "Äther", bei Physiker populär. Et gouf ugeholl, datt den Äther en onsichtbaart Medium wier, dat den Universum duerchdrong an e Medium fir d'Ausbreedung vu Liicht geliwwert huet, ähnlech wéi d'Loft e Medium fir Schallwellen ass. Den Experiment vu Michelson a Morley, deen 1887 duerchgefouert gouf, hat zum Zil, d'Existenz vun dësem Äther ze detektéieren. Hir Resultater hunn net nëmmen de Konzept vum Äther a Fro gestallt, mä hunn och de Wee fir d'Entwécklung vun der spezieller Relativitéitstheorie vum Albert Einstein fräigemaach. Dësen Artikel wäert den Hannergrond, d'Methodologie, d'Resultater an den Impakt vum Experiment vu Michelson a Morley iwwerpréiwen.
Latar Belakang
Virun den Experimenter vum Michelson a Morley hunn vill féierend Physiker gegleeft, datt Liicht e Medium brauch fir sech auszebreeden, wéi aner mechanesch Wellen. Dëst Konzept vum Äther gouf als néideg ugesinn, fir d'Eegeschafte vum Liicht z'erklären, dorënner seng Ausbreedung duerch e Vakuum.
Et gouf awer keng experimentell Beweiser fir d'Existenz vum Äther. Dofir hunn den Albert A. Michelson an den Edward W. Morley probéiert, d'Bewegung vun der Äerd duerch den Äther mat Hëllef vun engem Interferometer ze detektéieren, engem Apparat, deen de Michelson selwer entwéckelt huet.
Methodik
Michelson-Interferometer
Den Interferometer, dee vum Michelson a Morley benotzt gouf, bestoung aus enger Liichtquell, déi Liicht op e semipermeablen Spigel ausgestraalt huet. Dëst Liicht huet sech an zwéi senkrecht Stralen opgedeelt a gouf vu Spigelen, déi an all Wee placéiert waren, zréckreflektéiert. Déi zwéi Stralen hunn sech dann nei kombinéiert a sou en observéierbart Interferenzmuster geformt.
Dësen Interferometer ass ganz empfindlech op kleng Ännerungen an der Weelängt, déi e Liichtstral zréckleet, dofir sollt e fäeg sinn, Ënnerscheeder ze detektéieren, déi duerch d'Beweegung vun der Äerd duerch den Äther verursaacht ginn.
Experimentell Prozedur
De Michelson an de Morley hunn en Interferometer an hirem Laboratoire opgeriicht an zwéi Liichtstrale geriicht, ee parallel zur Richtung vun der Äerdbewegung duerch den Äther (si hunn ugeholl) an deen aneren senkrecht zu där Richtung. Si hunn d'Hypothes opgestallt, datt wann den Äther existéiert, d'Äerdbewegung duerch den Äther en Ënnerscheed an der Reeszäit fir déi zwéi Liichtstrale verursaache géif, wat zu enger moosbarer Ännerung vum Interferenzmuster féiere géif.
Experimenter goufen mat verschiddenen Orientéierunge vum Interferometer duerchgefouert, a goufen am Laf vum Joer e puermol widderholl, fir Ännerungen an der Positioun vun der Äerd am Verhältnes zum Äther ze berücksichtegen.
Experimentell Resultater
Nodeem si grëndlech Miessunge gemaach haten, hunn de Michelson an de Morley keen signifikanten Ënnerscheed an den observéierten Interferenzmuster festgestallt. Dëst Resultat huet gewisen, datt et keng noweisbar Bewegung vun der Äerd am Verhältnes zum Äther gouf, wat hirer ursprénglecher Hypothese widdersprécht.
D'Resultat vun dësem Experiment ass bekannt als Nullresultat, well et kee Beweis fir d'Existenz vum Äther geliwwert huet. Dëst Resultat huet vill Wëssenschaftler zu där Zäit iwwerrascht a gouf zu engem vun de bekanntste Experimenter an der Geschicht vun der Physik.
Implikatiounen a Reaktiounen
Impakt op d'Äthertheorie
Datt de Michelson an de Morley den Äther net entdecken konnten, huet eescht Zweiwel un der Existenz vun dësem Medium opgeworf. Vill Theorien goufen vun de Physiker George FitzGerald an Hendrik Lorentz proposéiert fir d'Nullresultater z'erklären, dorënner de Konzept vun engem Äther, deen un d'Äerd gebonnen ass, oder eng Längtkontraktioun.
Lorentz-FitzGerald Kontraktioun
De FitzGerald an de Lorentz hunn proposéiert, datt Objeten, déi sech duerch den Äther beweegen, eng Längtkontraktioun an hirer Bewegungsrichtung maachen, wouduerch d'Reeszäite vum Liicht op béide Interferometerweeër gläichgestallt ginn. Dës Theorie, bekannt als d'Lorentz-FitzGerald-Kontraktiounshypothese, huet eng ad-hoc Erklärung geliwwert, déi de Konzept vum Äther temporär gerett huet.
Bäiträg zur Relativitéitstheorie
Den Albert Einstein, deen d'Resultater vun de Michelson a Morley senge Experimenter bewosst war, huet 1905 déi speziell Relativitéitstheorie entwéckelt. Dës Theorie huet d'Noutwendegkeet vun engem Äther eliminéiert, andeems se postuléiert huet, datt d'Liichtgeschwindegkeet am Vakuum konstant an d'selwecht fir all Observateuren ass, onofhängeg vun hirer relativer Bewegung. D'Spezial Relativitéitstheorie huet eng konsequent an elegant Erklärung fir d'Resultater vun de Michelson a Morley senge Experimenter geliwwert, ouni datt en Äthermedium gebraucht gouf.
Bedeitung vum Experiment
D'Experimenter vum Michelson a Morley hunn e wichtege Wendepunkt an der Geschicht vun der Physik markéiert. E puer vun de wichtegste Bedeitunge vun dësem Experiment sinn:
1. De Konzept vum Äther a Fro stellen:
Dëst Experiment huet staark Beweiser géint d'Existenz vum Äther geliwwert, wat d'Wëssenschaftler gezwongen huet, d'Grondlage vun der Theorie vum Liicht an den elektromagnetesche Wellen nei ze iwwerdenken.
2. D'Entwécklung vun der Relativitéitstheorie encouragéieren:
D'Nullresultat vun dësem Experiment war ee vun de Faktoren, déi den Einstein dozou bruecht hunn, déi speziell Relativitéitstheorie z'entwéckelen, déi eist Verständnis vu Raum an Zäit revolutionéiert huet.
3. Experimentell Methodologie:
Déi vum Michelson entwéckelt interferometresch Method gëtt weiderhin a ville aner wëssenschaftlechen Experimenter benotzt, dorënner d'Detektioun vu Gravitatiounswellen mam LIGO-Interferometer am Joer 2015.
Conclusioun
Den Experiment vum Michelson a Morley ass ee vun de wichtegsten Experimenter an der Geschicht vun der Physik. Indem hien d'Existenz vum Äther getest an en Nullresultat kritt huet, huet dëst Experiment dat gängegt wëssenschaftlecht Paradigma vun där Zäit a Fro gestallt an de Wee fir d'Entwécklung vun der spezieller Relativitéitstheorie vum Einstein fräigemaach. D'Resultater vun dësem Experiment hunn net nëmmen d'Fundamenter vun eisem Verständnis vum Liicht a sengem Ausbreedungsmedium gerëselt, mä och eng grouss Verännerung an der theoretescher Physik ausgeléist, déi eis méi no un eist modernt Verständnis vum Universum bruecht huet.
Dëst Experiment erënnert eis un d'Wichtegkeet vun der experimenteller Verifizéierung an der Wëssenschaft a wéi onerwaart Resultater zu groussen Fortschrëtter am wëssenschaftleche Verständnis féiere kënnen. Indem den Experiment vum Michelson a Morley de Besoin fir Äther eliminéiert huet, huet et eng nei Ära an der Physik ageleet, déi bis haut weidergeet.
