Эксперимент Майкельсона–Морли
-
Эксперимент Майкельсона–Морли
- Проведен в 1887 году Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли
- Сравнивалась скорость света в перпендикулярных направлениях
- Результат: отсутствие существенной разницы между скоростью света
-
Значение эксперимента
- Первое убедительное доказательство против эфирных теорий
- Начало направления исследований, приведших к специальной теории относительности
- Эксперименты повторялись с возрастающей чувствительностью
-
Обнаружение эфира
- Физические теории 19-го века предполагали существование эфира
- Земля вращается вокруг Солнца, что вызывает вопросы о движении эфира
- Предпочтение отдано идее Френеля о стационарном эфире
-
Эксперименты по эфирному дрейфу
- Попытки измерить эффекты эфирного ветра первого порядка
- Эксперименты Хука и других были отрицательными
- Максвелл указывал на необходимость измерений второго порядка
-
Эксперимент Майкельсона (1881)
- Майкельсон разработал интерферометр для измерения эфирного ветра
- Ожидаемый сдвиг полосы составил 0,04 полосы, но не был обнаружен
- Вывод: гипотеза Френеля отвергнута, подтверждена гипотеза Стокса
-
Эксперимент Майкельсона–Морли (1887)
- Проведен в 1887 году с большей точностью
- Результат: отсутствие эфирного ветра
- Эксперимент стал одним из фундаментальных подтверждений специальной теории относительности
-
Сотрудничество Майкельсона и Морли
- В 1885 году Майкельсон и Морли начали сотрудничество для подтверждения эксперимента Физо и усовершенствования эксперимента Майкельсона.
- Майкельсон был профессором физики, Морли — профессором химии.
-
Кризис психического здоровья Майкельсона
- В сентябре 1885 года у Майкельсона случился кризис психического здоровья, который он преодолел к октябрю.
- Морли объяснил кризис напряженной работой Майкельсона.
-
Подтверждение коэффициента лобового сопротивления Френеля
- В 1886 году Майкельсон и Морли успешно подтвердили коэффициент лобового сопротивления Френеля.
- Этот результат укрепил их надежду найти эфирный ветер.
-
Улучшенная версия эксперимента Майкельсона
- В 1887 году Майкельсон и Морли создали улучшенную версию эксперимента Майкельсона для обнаружения эфирного ветра.
- Эксперимент проводился в подвале общежития Адельберта в WRU.
-
Технические детали эксперимента
- Свет многократно отражался, увеличивая длину пути до 11 м.
- Вибрации были снижены за счет установки устройства на блоке песчаника.
- Использовался белый свет для измерений из-за его низкой длины когерентности.
-
Результаты эксперимента
- Эксперимент стал самым известным неудачным экспериментом в истории.
- Измеренное смещение составило всего лишь одну сороковую от ожидаемого.
- Результат был признан слишком малым для использования в качестве показателя скорости относительно эфира.
-
Последствия эксперимента
- Эксперимент подтвердил полное затягивание эфира и опроверг теорию стационарного эфира.
- Нулевой результат Майкельсона-Морли был подтвержден другими экспериментами.
- Эти проблемы привели к разработке преобразования Лоренца и специальной теории относительности.
-
Анализ светового пути
- Время прохождения луча в продольном направлении было определено правильно.
- В поперечном направлении Майкельсон получил неверное выражение, что было исправлено Потье и Лоренцем.
- Разница во времени между продольным и поперечным направлениями была найдена.
-
Разница в пути лучей
- Лучи не совпадают по фазе на некоторое количество длин волн.
- Один путь длиннее другого на расстояние Δλ.
-
Изменение формулы скорости света
- При v2/c2 << 1 выражение упрощается.
- Δλ1 = 2Lv2/c2.
-
Эфирный ветер и интерферометр
- Эфирный ветер проявляется в виде разницы траекторий.
- Разница в траектории равна нулю при перпендикулярном или параллельном направлении.
-
Эксперимент Майкельсона и Морли
- Майкельсон и Морли пытались обнаружить «пограничный сдвиг».
- Отрицательный результат привел к выводу, что дрейф эфира не поддается измерению.
-
Наблюдатель и интерферометр
- Эффект эфирного ветра подобен эффекту пловца в реке.
- В продольном направлении скорость уменьшается, в поперечном — увеличивается.
-
Зеркальное отражение и сокращение длины
- Классический анализ предсказывал фазовый сдвиг.
- Сокращение длины по Лоренцу компенсирует угловое расхождение лучей.
-
Сокращение длины и преобразование Лоренца
- Гипотеза сокращения длины предложена Фитцджеральдом и Лоренцем.
- Сокращение длины и замедление времени объясняются преобразованием Лоренца.
-
Специальная теория относительности
- Эйнштейн вывел преобразование Лоренца из постулата относительности.
- Специальная теория относительности объясняет нулевой результат Майкельсона-Морли.
-
Теория эфира и её опровержение
- Теория эфира утверждает, что не существует уникальной системы координат, приводящей к эфирному дрейфу.
- Сжатие движущихся тел следует из двух фундаментальных принципов теории.
- Эксперимент Майкельсона-Морли не показал эфирный дрейф, но подтвердил постоянство скорости света.
-
Влияние эксперимента на Эйнштейна
- Нулевой результат эксперимента Майкельсона-Морли помог идее постоянства скорости света получить признание.
- Эйнштейн не считал, что эксперимент существенно повлиял на его путь к специальной теории относительности.
-
Преобразование Лоренца и его подтверждение
- Преобразование Лоренца можно вывести из комбинации трех экспериментов.
- Эксперимент Кеннеди-Торндайка показал, что скорость света не зависит от скорости движения аппарата.
- Эксперимент Айвза-Стилвелла подтвердил релятивистское сокращение длины.
-
Неправильные альтернативы и их опровержение
- Теория Стокса о полном эфирном сопротивлении была опровергнута.
- Теория излучения Вальтера Ритца также не подтвердилась.
- Эксперименты с тяжелыми металлическими трубами и рентгеновскими лучами не выявили эфирного сопротивления.
-
Последующие эксперименты и их результаты
- Майкельсон и Морли продолжали эксперименты, но не получили новых результатов.
- Миллер продолжал эксперименты, но его результаты были противоречивыми и не подтвердились.
- Современные эксперименты исключают результаты Миллера.
-
Современные методы и их результаты
- Современные методы анализа данных исключают периодические сигналы в данных Миллера.
- Эксперименты Кеннеди и Йооса показали отсутствие эфирного ветра.
- Современные измерения подтверждают теорию относительности.
-
Скорость солнечной системы
- Скорость солнечной системы вокруг центра галактики составляет около 220 км/с.
- Скорость солнечной системы относительно системы отсчета реликтового излучения составляет около 370 км/с.
-
Оптические тесты
- Оптические тесты на изотропию скорости света стали обычным делом.
- Новые технологии, включая лазеры и мазеры, значительно повысили точность измерений.
-
Недавние эксперименты с оптическим резонатором
- В начале 21 века возрос интерес к точным экспериментам типа Майкельсона–Морли.
- Первый высокоточный эксперимент проведен Brillet & Hall в 1979 году.
- Предел анизотропии скорости света, возникающей в результате движения Земли, равен Δc/c ≈ 10-15.
- По состоянию на 2015 год предел улучшен до Δc/c ≈ 10-18.
-
Другие тесты на Лоренц-инвариантность
- Примеры других экспериментов, не основанных на принципе Майкельсона–Морли, включают эксперименты по сравнению с часами или Хьюза-Древера.
- В эксперименте Древера 1961 года ядра 7Li были разделены магнитным полем на четыре уровня.
- Современные повторения таких экспериментов подтвердили принцип Лоренц-инвариантности.