Таҷрибаи Майкелсон ва Морли
Пендахулуан
Дар охири асри 19, мафҳуми эфири равшан ё танҳо "эфир" дар байни физикҳо маъмул буд. Эфир ҳамчун муҳити ноаён, ки ба коинот ворид шуда, муҳити паҳншавии рӯшноиро фароҳам меорад, ба монанди он ки ҳаво муҳити мавҷҳои садоро фароҳам меорад, боварӣ дошт. Таҷрибаи Майкелсон ва Морли, ки соли 1887 гузаронида шуда буд, барои муайян кардани мавҷудияти ин эфир равона шуда буд. Натиҷаҳои онҳо на танҳо мафҳуми эфирро зери суол бурданд, балки роҳро барои таҳияи назарияи махсуси нисбии Алберт Эйнштейн ҳамвор карданд. Дар ин мақола замина, методология, натиҷаҳо ва таъсири таҷрибаи Майкелсон ва Морли баррасӣ мешавад.
Латар Белаканг
Пеш аз таҷрибаҳои Майкелсон ва Морли, бисёре аз физикҳои пешқадам боварӣ доштанд, ки нур барои паҳн шудан ба муҳит ниёз дорад, мисли дигар мавҷҳои механикӣ. Ин мафҳуми эфир барои шарҳи хосиятҳои нур, аз ҷумла паҳншавии он тавассути вакуум, зарур ҳисобида мешуд.
Аммо, ягон далели таҷрибавӣ барои тасдиқи мавҷудияти эфир вуҷуд надошт. Аз ин рӯ, Алберт А. Майкелсон ва Эдвард В. Морли кӯшиш карданд, ки ҳаракати Заминро тавассути эфир бо истифода аз интерферометр, дастгоҳе, ки худи Майкелсон таҳия кардааст, муайян кунанд.
Методология
Интерферометри Мишелсон
Интерферометре, ки аз ҷониби Майкелсон ва Морли истифода мешуд, аз манбаи рӯшноӣ иборат буд, ки ба оинаи нимгузаранда нур мепошид. Ин рӯшноӣ ба ду шуои амудӣ тақсим шуда, аз ҷониби оинаҳое, ки дар ҳар як масир ҷойгир карда шуда буданд, инъикос мешуд. Сипас, ин ду шуоъ дубора муттаҳид шуда, як намунаи интерференсионии мушоҳидашавандаро ташкил доданд.
Ин интерферометр ба тағйироти ночизи масири тайкардаи нур хеле ҳассос аст, аз ин рӯ, он бояд тавонад фарқиятҳоеро, ки дар натиҷаи ҳаракати Замин тавассути эфир ба вуҷуд меоянд, муайян кунад.
Тартиби таҷрибавӣ
Майкелсон ва Морли дар лабораторияи худ интерферометр насб карданд ва ду шуои рӯшноиро равона карданд, ки яке ба самти ҳаракати Замин тавассути эфир мувозӣ буд (онҳо тахмин карданд) ва дигаре ба он самт амудӣ буд. Онҳо фарзия карданд, ки агар эфир вуҷуд дошта бошад, ҳаракати Замин тавассути эфир боиси фарқияти вақти сафар барои ду шуои рӯшноӣ мегардад, ки дар натиҷа тағйироти қобили ченкунӣ дар намунаи интерференсия ба вуҷуд меояд.
Таҷрибаҳо бо самтҳои гуногуни интерферометр гузаронида шуданд, ки дар тӯли сол чандин маротиба такрор мешуданд, то тағйирот дар мавқеи Замин нисбат ба эфирро ба назар гиранд.
Натиҷаҳои таҷрибавӣ
Пас аз анҷом додани андозагириҳои дақиқ, Майкелсон ва Морли дар намунаҳои интерференсии мушоҳидашуда ягон фарқияти назаррасеро пайдо накарданд. Ин натиҷа нишон дод, ки ҳаракати Замин нисбат ба эфир мушоҳида намешавад, ки ин бо фарзияи аввалияи онҳо мухолифат мекунад.
Натиҷаи ин таҷриба ҳамчун натиҷаи сифр маълум аст, зеро он ягон далеле барои мавҷудияти эфир наовард. Ин натиҷа дар он замон бисёре аз олимонро ба ҳайрат овард ва яке аз машҳуртарин таҷрибаҳо дар таърихи физика гардид.
Таъсирҳо ва вокунишҳо
Таъсир ба назарияи эфир
Нокомӣ дар ошкор кардани эфир аз ҷониби Майкелсон ва Морли ба вуҷуди ин муҳит шубҳаи ҷиддӣ эҷод кард. Барои шарҳ додани натиҷаҳои сифрӣ назарияҳои зиёде пешниҳод карда шуданд, аз ҷумла мафҳуми эфири пайвастшуда ба Замин ё ихтисоршавии дарозӣ аз ҷониби физикҳо Ҷорҷ ФитсҶералд ва Хендрик Лоренц.
Ихтилоли Лоренц-Фитсҷералд
Фитсҷералд ва Лоренц пешниҳод карданд, ки объектҳое, ки тавассути эфир ҳаракат мекунанд, дар самти ҳаракати худ ба дарозӣ кашиш мехӯранд ва бо ин васила вақти ҳаракати рӯшноиро дар ҳарду масири интерферометр баробар мекунанд. Ин назария, ки бо номи фарзияи кашиши Лоренц-Фитсҷералд маъруф аст, тавзеҳи ad hoc-ро пешниҳод кард, ки муваққатан мафҳуми эфирро наҷот дод.
Саҳмҳо дар назарияи нисбият
Алберт Эйнштейн, ки аз натиҷаҳои таҷрибаҳои Майкелсон ва Морли огоҳ буд, соли 1905 назарияи махсуси нисбиро таҳия кард. Ин назария бо пешниҳоди он, ки суръати рӯшноӣ дар вакуум барои ҳамаи мушоҳидакунандагон, новобаста аз ҳаракати нисбии онҳо, доимӣ ва якхела аст, ниёз ба эфирро аз байн бурд. Назарияи нисбии махсус барои натиҷаҳои таҷрибаҳои Майкелсон ва Морли бидуни ниёз ба муҳити эфир шарҳи мувофиқ ва зебое фароҳам овард.
Аҳамияти таҷриба
Таҷрибаи Майкелсон ва Морли нуқтаи гардиши бузурге дар таърихи физика гардид. Баъзе аз аҳамияти асосии ин таҷриба инҳоянд:
1. Ба чолиш кашидани мафҳуми эфир:
Ин таҷриба далелҳои қавӣ бар зидди вуҷуди эфирро пешниҳод кард ва олимонро маҷбур кард, ки асосҳои назарияи рӯшноӣ ва мавҷҳои электромагнитиро аз нав дида бароянд.
2. Рушди назарияи нисбиро ташвиқ кунед:
Натиҷаи сифрии ин таҷриба яке аз омилҳое буд, ки Эйнштейнро ба таҳияи назарияи махсуси нисбият водор кард, ки дар фаҳмиши мо дар бораи фазо ва вақт инқилоб кард.
3. Методологияи таҷрибавӣ:
Усули интерферометрии таҳиякардаи Майкелсон то ҳол дар бисёр таҷрибаҳои дигари илмӣ, аз ҷумла ошкор кардани мавҷҳои ҷозиба тавассути интерферометри LIGO дар соли 2015, истифода мешавад.
Хулоса
Таҷрибаи Майкелсон ва Морли яке аз муҳимтарин таҷрибаҳо дар таърихи физика мебошад. Бо санҷидани мавҷудияти эфир ва ба даст овардани натиҷаи сифр, ин таҷриба парадигмаи илмии ҳукмрони он замонро зери суол бурд ва роҳро барои рушди назарияи нисбии махсуси Эйнштейн ҳамвор кард. Натиҷаҳои ин таҷриба на танҳо пояҳои фаҳмиши моро дар бораи рӯшноӣ ва муҳити паҳншавии он такон доданд, балки инчунин тағйироти бузургеро дар физикаи назариявӣ ба вуҷуд оварданд, ки моро ба фаҳмиши муосири мо дар бораи коинот наздиктар кард.
Ин таҷриба ба мо аҳамияти санҷиши таҷрибавӣ дар илм ва чӣ гуна натиҷаҳои ғайричашмдошт метавонанд ба пешрафтҳои бузург дар фаҳмиши илмӣ оварда расонанд, хотиррасон мекунад. Бо бартараф кардани ниёз ба эфир, таҷрибаи Майкелсон ва Морли ба оғози давраи нав дар физика, ки то имрӯз идома дорад, мусоидат кард.
