Експериментот на Микелсон и Морли
Пендахулуан
Кон крајот на 19 век, концептот на светлосен етер, или едноставно „етер“, бил популарен меѓу физичарите. Се верувало дека етерот е невидлив медиум што го исполнува универзумот и обезбедува медиум за ширење на светлината, слично како што воздухот обезбедува медиум за звучни бранови. Експериментот на Микелсон и Морли, спроведен во 1887 година, имал за цел да го открие постоењето на овој етер. Нивните резултати не само што го оспорија концептот на етерот, туку го отворија и патот за развој на специјалната теорија на релативноста на Алберт Ајнштајн. Оваа статија ќе ги разгледа позадината, методологијата, резултатите и влијанието на експериментот на Микелсон и Морли.
Латар Белаканг
Пред експериментите на Микелсон и Морли, многу водечки физичари верувале дека на светлината ѝ е потребен медиум за да се шири, како и другите механички бранови. Овој концепт на етер се сметал за неопходен за да се објаснат својствата на светлината, вклучувајќи го и нејзиното ширење низ вакуум.
Сепак, немаше експериментални докази што би го поткрепиле постоењето на етерот. Затоа, Алберт А. Микелсон и Едвард В. Морли се обидоа да го детектираат движењето на Земјата низ етерот користејќи интерферометар, уред развиен од самиот Микелсон.
Методологија
Микелсоновиот интерферометар
Интерферометарот што го користеле Мајкелсон и Морли се состоел од извор на светлина што емитувал светлина врз полупропустливо огледало. Оваа светлина се делела на два нормални зраци и била одбиена назад од огледала поставени во секоја патека. Потоа двата зраци се рекомбинирале, формирајќи видлив интерферентен образец.
Овој интерферометар е многу чувствителен на мали промени во должината на патеката што ја минува светлосниот зрак, па затоа треба да може да детектира разлики предизвикани од движењето на Земјата низ етерот.
Експериментална постапка
Микелсон и Морли поставиле интерферометар во нивната лабораторија и насочиле два светлосни зраци, едниот паралелен со насоката на движење на Земјата низ етерот (претпоставиле), а другиот нормален на таа насока. Тие претпоставиле дека ако етерот постои, движењето на Земјата низ етерот би предизвикало разлика во времето на патување на двата светлосни зраци, што би резултирало со мерлива промена во шемата на интерференција.
Експериментите беа извршени со различни ориентации на интерферометарот, повторувани многу пати во текот на годината за да се прилагодат промените во положбата на Земјата во однос на етерот.
Експериментални резултати
Откако направија прецизни мерења, Микелсон и Морли не пронајдоа значајна разлика во набљудуваните интерферентни шеми. Овој резултат покажа дека немало забележливо движење на Земјата во однос на етерот, што е спротивно на нивната почетна хипотеза.
Резултатот од овој експеримент е познат како нулти резултат, бидејќи не обезбедил никакви докази за постоењето на етерот. Овој резултат изненадил многу научници во тоа време и станал еден од најпознатите експерименти во историјата на физиката.
Импликации и реакции
Влијание врз теоријата на етер
Неуспехот на Микелсон и Морли да го детектираат етерот фрли сериозен сомнеж врз постоењето на овој медиум. Беа предложени многу теории за да се објаснат нултите резултати, вклучувајќи го и концептот на етер врзан за Земјата или контракција на должината од страна на физичарите Џорџ Фицџералд и Хендрик Лоренц.
Лоренц-Фицџералд контракција
Фицџералд и Лоренц предложиле дека објектите што се движат низ етерот претрпуваат контракција на должината во нивниот правец на движење, со што се изедначуваат времето на патување на светлината по обете интерферометарски патеки. Оваа теорија, позната како хипотеза за контракција на Лоренц-Фицџералд, обезбедила ad hoc објаснување кое привремено го зачувало концептот на етерот.
Придонеси кон Теоријата на релативноста
Алберт Ајнштајн, свесен за резултатите од експериментите на Микелсон и Морли, ја развил специјалната теорија на релативноста во 1905 година. Оваа теорија ја елиминирала потребата од етер со постулирање дека брзината на светлината во вакуум е константна и иста за сите набљудувачи, без оглед на нивното релативно движење. Специјалната релативност обезбедила конзистентно и елегантно објаснување за резултатите од експериментите на Микелсон и Морли без потреба од етерска средина.
Значење на експериментот
Експериментот на Микелсон и Морли означи голема пресвртница во историјата на физиката. Некои од главните значења на овој експеримент се:
1. Предизвикување на концептот на етер:
Овој експеримент обезбеди силни докази против постоењето на етерот, принудувајќи ги научниците да ги преиспитаат основите на теоријата за светлината и електромагнетните бранови.
2. Поттикнување на развојот на релативноста:
Нултиот резултат од овој експеримент беше еден од факторите што го поттикнаа Ајнштајн да ја развие специјалната теорија на релативноста, која го револуционизираше нашето разбирање на просторот и времето.
3. Експериментална методологија:
Интерферометрискиот метод развиен од Микелсон продолжува да се користи во многу други научни експерименти, вклучувајќи го и откривањето на гравитациски бранови со LIGO интерферометарот во 2015 година.
Заклучок
Експериментот на Микелсон и Морли е еден од најважните експерименти во историјата на физиката. Со тестирање на постоењето на етерот и добивање на нулти резултат, овој експеримент ја предизвика преовладувачката научна парадигма од тоа време и го отвори патот за развојот на специјалната релативност од страна на Ајнштајн. Резултатите од овој експеримент не само што ги потресоа темелите на нашето разбирање за светлината и нејзиниот медиум за ширење, туку и предизвикаа голем пресврт во теоретската физика што нè доближи до нашето модерно разбирање на универзумот.
Овој експеримент нè потсетува на важноста на експерименталната верификација во науката и како неочекуваните резултати можат да доведат до голем напредок во научното разбирање. Со елиминирање на потребата од етер, експериментот на Микелсон и Морли помогна да се започне нова ера во физиката што продолжува до ден-денес.
