UDC 53,01; 530,1; 530,11; 530,12:

MICHELSON EXPERIMENTET - MORLEY, FEL OCH ORSAKER TILL MISLYCK

Orlov Evgeny Fyodorovich
forsknings- och produktionsbolag Ltd "Sinuar"

MICHELSON - MORLEY, FEL OCH ORSAK TILL MELLAN

Orlov Evgeny Fedorovich
Scientific and Production Company Ltd "Sinuar"

Michelsons unika fysiska experiment,

Att vara ett skyggt försök av vetenskapen att titta på djupet

Fysisk bild av världen, visade den sanna nivån

Mänsklighetens intellektuella utveckling.

INTRODUKTION

År 1881, efter långa försök att mäta jordens absoluta hastighet i rymden, publicerade A. Michelson resultaten av vad han trodde var ett "misslyckat" fysiskt experiment, som sedan försatte all modern vetenskap i dvala och förde den till nuet dags för ett vanföreställningstillstånd.

I arbetet "Logiska och fysiska aspekter i grunden för kritik av relativitetsteorin" angavs ett specifikt skäl för den grundläggande omöjligheten att tillämpa de matematiska transformationerna av H. Lorentz, och därmed relativitetsteorin, när man betraktar fysiska fenomen. . Samtidigt gavs ett exempel med två tröghetsreferensramar, där författaren till detta arbete redan har uttryckt en av huvudidéerna att i princip utbredningen av elektromagnetiska signaler i var och en av tröghetsreferensramarna tar plats i verkligheten.

STÄLLANDE AV EN FRÅGA.

Utbredningen av elektromagnetiska signaler i var och en av tröghetsreferensramarna innebär att varje tröghetsreferensram (ISR) är absolut för det lokala utrymmet i omedelbar närhet av huvudvolymen av massan av materialpartiklar, som är grunden för trögheten Referensram. Och utbredningen av verkan längs volymetriska koordinater över stora avstånd utförs av IFR med hjälp av eteriska partiklar som "tillhör" en specifik tröghetsreferensram.

Sålunda bestäms utbredningen av verkan av komponenterna i varje referenssystem av parametrarna för ett visst referenssystem, som direkt beror på koncentrationen av volymen av massan av materialpartiklar i det lokala utrymmet. Det följer av detta att dimensionerna för varje tröghetsreferensram bestäms visuellt, bestående av de huvudsakliga aggregerade tillstånd materia - fast, flytande, gasformig och plasma. Samtidigt indikerar ett brett spektrum av elektromagnetisk strålning som härrör från de listade aggregattillstånden av materia, vilket möjliggör visuell observation med teleskop och andra enheter på stort avstånd från koncentrationen av aggregattillstånd, att specifika tröghetsreferenssystem sprider sin verkan med hjälp av materiens eteriska tillstånd, och materiens eteriska tillstånd observeras i formen elektromagnetiska vågor fortplantar sig med en viss hastighet i den eteriska materien.

Följaktligen är utrymmet i vårt universum ändligt, och dess dimensioner är direkt proportionella mot summan av volymerna av massorna av materiella partiklar, inklusive eteriska partiklar.

Universums gränser bestäms enbart av frånvaron av eterisk materia i rymden, jag kallar det General Space (Space-O eller, för att underlätta identifieringen, Space-Orlov), som definieras av frånvaron av några elektromagnetiska svängningar. När vi rör oss bort från vårt universums utrymme och observerar det med ett kraftfullt teleskop i form av en enda mycket liten lysande punkt, kan vi säga att observatören lämnar vårt universums utrymme. Det ytterligare avlägsnandet av observatören från universum och det fullständiga försvinnandet av glöden kommer att indikera att observatören har lämnat utrymmet i vårt universum och befinner sig i det gemensamma utrymmet. Det allmänna rummet är oändligt i alla riktningar och kan inkludera ett oändligt antal andra universum. Frånvaron av eterisk materia i det gemensamma rummet innebär att spridningen av alla slags kända fundamentala interaktioner i princip är omöjliga.

Således kunde och borde A. Michelson och hans anhängare ha fått två komponenter av interferometerns hastigheter, och därmed jorden i rymden. Den första av dem är nollhastighet i förhållande till jordens yta, förutsatt att interferometern är stationär, vilket bevisar att jorden är en tröghetsreferensram, med dess komponenter av handlingsparametrar i rymden. Den andra komponenten är hastigheten för jordens rörelse i förhållande till någon annan vald tröghetsreferensram, förutsatt att interferometern är riktad uteslutande mot den valda referensramen. Men i det här fallet visar det sig att det i universum finns ett stort antal tröghetsreferensramar som rör sig i rymden i olika riktningar. Följaktligen kommer värdena för hastigheterna för jordens ömsesidiga förskjutning och de indikerade referenssystemen att representera ett brett spektrum av hastigheter, från nollvärden till hastigheter jämförbara med utbredningshastigheterna för gravitationsinteraktionen.

Denna formulering av frågan kräver att interferometern är orienterad mot den valda stjärnan och därför monteras antingen på teleskopröret, med vilket du kan ställa in den exakta riktningen till den valda stjärnan. Eller så är det nödvändigt att montera teleskopet på interferometerns monteringsbord, men i alla fall måste interferometern kunna rotera i två plan - horisontellt och vertikalt.

Som bekant roterade A. Michelsons och hans anhängares interferometrar endast i horisontalplanet, vilket innebär att interferometrarna var kaotiskt riktade mot olika tröghetsreferenssystem, vilket resulterade i att kaotiska avläsningar registrerades.

Nästa viktig poäng För ett framgångsrikt genomförande av experimentet för att mäta hastigheten på jordens rörelse i förhållande till den valda fjärrtröghetsreferensramen (stjärnor), är det nödvändigt att ta hänsyn till försvagningen av verkan av komponenterna i parametrarna för den avlägsna IFR i Plats. Förmodligen sker en sådan försvagning i proportion till kvadraten på avståndet uppmätt från jorden till den avlägset valda stjärnan. Detta uttalande av frågan kräver dämpning av interferometerns ljusstråle till ett tillstånd där komponenterna i parametrarna för fjärr-ISO kommer att kunna samverka med interferometerns ljusstråle.

Det är känt att moderna interferometrar använder laserkällor lampor med högt ljusflöde. Kraften hos ljusflödet från sådana sammanhängande strålningskällor är ojämförligt större än ljusflödet från en avlägsen stjärna, och följaktligen uppmärksammas inte växelverkan mellan två strålningar av olika magnituder av det mänskliga ögat, och ännu mer av det moderna Utrustning.

En relativt svag ljuskälla i Michelson-interferometern tillät honom att erhålla kaotiska värden på hastigheterna för olika fjärrreferenssystem, till vilka interferometern slumpmässigt riktades under experimentet, när interferometern roterade runt sin egen axel.

För att mäta jordens absoluta hastighet i den lokala absoluta referensramen för en avlägsen stjärna eller galax måste alltså minst två viktiga ytterligare villkor uppfyllas. Det första villkoret: – när man utför mätningar måste interferometern vara strikt orienterad mot den valda avlägsna stjärnan eller galaxen. Det andra villkoret: - Interferometerns ljusflöde måste stå i proportion till ljusflödet från en avlägsen stjärna eller galax.

Följaktligen består rekonstruktionen av interferometern i att den monteras på ett teleskop, med vilken riktningen till den valda stjärnan eller galaxen ska spåras, och jämförbarheten av ljusflödena hos den avlägsna stjärnan och interferometerns ljuskälla ska väljas empiriskt genom att installera absorberande filter.

SLUTSATS.

Sammanfattningsvis bör det noteras att genomförandet av Michelson-Morley-experimentet, med hänsyn till de identifierade felen, kommer att göra det möjligt att bestämma de faktiska hastigheterna och faktiska rörelseriktningarna för stjärnor och galaxer i vårt universums rymd. Detta är brådskande eftersom modern teknik bestämning av hastigheterna för himlakropparnas ömsesidiga rörelse bygger enbart på det "röda skiftet" av spektrat, vilket därigenom introducerar stora förvrängningar i förståelsen av den fysiska bilden av världen.

1. Orlov E.F. Logiska och fysiska aspekter i grunden för kritik av relativitetsteorin. // Forskning inom det naturvetenskapliga området. – Mars 2013 [Elektronisk resurs]. URL:

Michelsons erfarenhet

Schema för Michelson-Gal-experimentet

Michelsons experiment- en klass av fysiska experiment som undersöker beroendet av ljusets utbredningshastighet på riktningen. För närvarande (2011) gör experimentens noggrannhet det möjligt att hitta relativa avvikelser av isotropin för ljusets hastighet i enheter på 10 −16 , men inga avvikelser har hittats på denna nivå. Michelsons experiment är den empiriska grunden för principen om invarians av ljusets hastighet, som ingår i den allmänna relativitetsteorin (GR) och den speciella relativitetsteorin (SRT).

Berättelse

bakgrund

Teorin om ljusutbredning, som inkluderar etern, dök upp på 1600-talet. År 1727 förklarade den engelske astronomen James Bradley ljusets aberration genom den. Eduard Ketteler och T. Jung har något utvecklat teorin om etern. År 1868 startade Hooke ett experiment för att testa teorin om eter på effekten av aberration av ljus från en jordisk ljuskälla. 1871-1872 genomförde Airy en serie exakta experiment med en astronomisk ljuskälla och drog slutsatsen från dem att jordens omloppsrörelse helt innesluter etern.

Michelsons era

För första gången gjordes ett sådant experiment av Albert Michelson på sin interferometer 1881, för att mäta ljusets hastighets beroende av jordens rörelse i förhållande till etern. Etern förstods då som ett medium som liknar volymetriskt fördelat material, i vilket ljus fortplantar sig som ljudvibrationer. Resultatet av experimentet, enligt Michelson, var negativt - förskjutningarna av banden sammanfaller inte i fas med de teoretiska, och fluktuationerna för dessa förskjutningar är bara något mindre än de teoretiska.

Millers experiment

Enligt professor Dayton K. Miller (Caesian School of Applied Sciences):- ”Man kan anta att experimentet endast visade att etern i ett visst källarrum förs med i längdriktningen. Vi ska därför flytta apparaten till en kulle för att se om en effekt finns där..

I mars 1921 ändrades metodiken och apparaturen något och ett resultat på 10 km/s "etervind" erhölls. Resultaten kontrollerades noggrant för eventuell eliminering av fel associerade med magnetostriktion och termisk strålning. Apparatens rotationsriktning hade ingen effekt på resultatet av experimentet.

Senare studier av resultaten erhållna av D. Miller visade att de fluktuationer som observerats av honom och tolkats som närvaron av en "eterisk vind" är resultatet av statistiska fel och försummelse av temperatureffekter.

Kennedys experiment

Dr. Roy Kennedy (California Institute of Technology), efter att ha publicerat resultaten av Morley-Miller-experimentet, modifierar experimentet i verifieringssyfte. Interferometern placeras i ett förseglat metallhölje fyllt med helium vid ett tryck av 1 atm. Med hjälp av en anordning som kunde urskilja mycket små förskjutningar i interferensmönstret blev det möjligt att minska armarnas storlek till 4 m. Polariserat ljus användes för att så mycket som möjligt eliminera ljusspridningen på speglarna. Experimentets noggrannhet motsvarade förskjutningen av banden med 2·10 −3 av deras bredd. På denna apparat skulle hastigheten på 10 km/s erhållen av Miller ge en förskjutning motsvarande 8 10 −3 våglängder Grön färg, vilket är fyra gånger det minsta detekterbara värdet. Experimentet utfördes i Norman Bridge-laboratoriet, i ett rum med konstant temperatur, vid olika tidpunkter på dygnet. För att kontrollera beroendet av den eteriska vindens hastighet av terrängens höjd, utfördes även experiment på Mount Wilson i observatoriets byggnad. Effekten visade sig inte överstiga 1 km/s för den eteriska vinden.

Nu skulle jag vilja göra några kommentarer om Millers experiment. Jag tror att det finns ett allvarligt problem förknippat med effekten, som är periodisk för ett fullständigt varv av apparaten, och som bortses från Miller, som betonar betydelsen av halvcykeleffekten, d.v.s. upprepas under ett halvvarv av apparaten. apparaten, och angående frågan om den eteriska vinden. I många fall är helcykeleffekten mycket större än halvcykeleffekten. Enligt Miller beror den totala periodeffekten på bandens bredd och kommer att vara noll för obestämbart breda band.

Även om Miller hävdar att han kunde eliminera denna effekt i stor utsträckning i sina mätningar i Cleveland, och detta lätt kan förklaras med experiment, skulle jag vilja förstå orsakerna till detta tydligare. När jag talar för tillfället som relativitetist måste jag säga att en sådan effekt inte existerar alls. I själva verket ger rotationen av apparaten som helhet, inklusive ljuskällan, ingen förskjutning ur relativitetsteorins synvinkel. Det ska inte finnas någon effekt när jorden och farkosten är i vila. Enligt Einstein bör samma brist på effekt observeras för den rörliga jorden. Den totala periodeffekten står alltså i konflikt med relativitetsteorin och har stor betydelse. Om Miller sedan upptäckte systematiska effekter vars existens inte kan förnekas, är det också viktigt att veta orsaken till hela menstruationseffekten - Prof. Lorenz

Experiment av Michelson och Gal

1925, av Michelson och Gael nära Clearing i Illinois, lades vattenrör på marken i form av en rektangel. Rördiameter 30 cm Rör AF och DE är riktade exakt från väst till öst, EF, DA och CB - från norr till söder. DE=AF=613 m. EF=DA=CB=339,5 m. En vanlig pump som arbetar i tre timmar kan pumpa ut luft till ett tryck på 1 cmHg. För att upptäcka förskjutningen jämför Michelson interferenskanterna som erhålls genom att springa runt de stora och små konturerna i teleskopets fält. Den ena ljusstrålen gick medurs, den andra mot. Förskjutningen av fransarna orsakade av jordens rotation registrerades på olika dagar med en fullständig omarrangering av speglarna och av olika människor. Totalt gjordes 269 mätningar. Teoretiskt sett, om man antar att etern är orörlig, bör man förvänta sig en förskjutning av bandet med 0,236±0,002. Bearbetning av observationsdata gav en bias på 0,230±0,005, vilket bekräftar existensen och omfattningen av Sagnac-effekten.

Sålunda har vi återigen en positiv effekt, som i sig själv, med fantastisk noggrannhet, bekräftar antagandet om att en oindragen eter släpar efter under jordens dagliga rotation. - SI. Vavilov volym IV

Moderna alternativ

Wikimedia Foundation. 2010 .

Se vad "Michelson's Experience" är i andra ordböcker:

Allmän form interferometer i perspektiv. Bild från rapporten av A. Michelson baserad på resultaten av hans experiment utförda 1881. Jordens rörelse runt solen och genom etern ... Wikipedia

Michelson-Morley experiment- Maikelsono ir Morlio eksperimentas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Michelson Morley experiment vok. Michelson Morley Versuch, m rus. Michelson Morleys erfarenhet, m pranc. erfarenhet av Michelson et Morley, f; expérience de Michelson… … Fizikos terminų žodynas

Han bevisade ljusets hastighets oberoende från jordens rörelse (A. A. Michelson 1881). Inom klassisk fysik hittade Michelsons experiment ingen förklaring; i relativitetsteorin tas ljusets hastighets konstanthet i alla tröghetsreferensramar som ... ... Stor encyklopedisk ordbok

Han bevisade ljusets hastighets oberoende från jordens rörelse (A. A. Michelson, 1881). I Michelsons klassiska fysik fann upplevelsen ingen förklaring; i relativitetsteorin tas konstanten för ljusets hastighet i alla tröghetsreferensramar som ... encyklopedisk ordbok

Levereras av Amer. fysikern A. A. Michelson 1881 för att mäta effekten av jordens rörelse på ljusets hastighet. I fysik kon. 1800-talet det antogs att ljus fortplantar sig i ett visst universellt världsmedium - eter. Vart i… … Fysisk uppslagsverk

Ett experiment som först sattes upp av A. Michelson 1881 för att mäta inverkan av jordens rörelse på ljusets hastighet. Negativt resultat M. ca. var en av de viktigaste experimentella fakta som låg till grund för relativitetsteorin (Se ... ... Stor sovjetisk uppslagsbok

Michelson-Morley erfarenhet- ett experiment som gjordes för första gången 1881 av de amerikanska fysikerna Michelson och Morley för att upptäcka påverkan av jordens omloppsrörelse på ljusets hastighet, men avslöjade inte denna påverkan (känd inom vetenskapen som det "negativa resultatet" av experimentet). ... ... Början av modern naturvetenskap

2. Michelson-Morley-experiment

Är rörelsen relativ? Efter lite funderande kanske du är benägen att svara: "Ja, självklart!" Föreställ dig ett tåg som rör sig norrut med en hastighet av 60 km/h. En person på ett tåg rör sig söderut med en hastighet av 3 km/h. I vilken riktning rör den sig och vilken hastighet har den? Det är helt uppenbart att denna fråga inte kan besvaras utan att specificera referensramen. I förhållande till tåget rör sig en person söderut med en hastighet av 3 km/h. I förhållande till jorden rör sig den norrut med en hastighet av 60 minus 3, det vill säga 57 km/h.

Är det möjligt att säga att en persons hastighet i förhållande till jorden (57 km/h) är hans sanna, absoluta hastighet? Nej, för det finns andra, ännu större referensramar. Jorden själv rör sig. Den roterar runt sin egen axel och rör sig samtidigt runt solen.

Solen, tillsammans med alla dess planeter, rör sig inuti galaxen. Galaxen roterar och rör sig i förhållande till andra galaxer. Galaxer bildar i sin tur galaxhopar som rör sig i förhållande till varandra. Ingen vet hur långt denna kedja av rörelser faktiskt kan fortsätta. Det finns inget självklart sätt att bestämma den absoluta rörelsen för något föremål; med andra ord, det finns inget sådant fast, slutgiltigt referenssystem i förhållande till vilket det skulle vara möjligt att mäta alla rörelser. Rörelse och vila, som stort och smått, snabbt och långsamt, upp och ner, vänster och höger, verkar vara helt relativt. Det finns inget annat sätt att mäta rörelsen hos något föremål än att jämföra dess rörelse med ett annat föremåls rörelse.

Ack, det är inte så lätt! Om det var möjligt att begränsa oss till det som redan har sagts om rörelsens relativitet, så skulle det inte behövas för Einstein att skapa relativitetsteorin.

Anledningen till svårigheten är följande: det finns två väldigt enkla sätt absolut rörelsedetektion. I en av metoderna används ljusets egenskaper, i den andra olika tröghetsfenomen som uppstår när ett rörligt föremål ändrar sin bana eller hastighet. Einsteins speciella relativitetsteori behandlar den första metoden, medan allmänna relativitetsteori behandlar den andra.

Detta och de följande två kapitlen kommer att behandla den första metoden som kan fungera som en nyckel för att förstå absolut rörelse, metoden som använder ljusets egenskaper.

På 1800-talet, redan före Einstein, föreställde fysiker sig rymden fylld med en speciell orörlig och osynlig substans som kallas eter. Ofta kallades den den "ljusbärande" etern, vilket betyder att den är bärare av ljusvågor. Eter fyllde hela universum.

Han trängde igenom alla materiella kroppar. Om all luft evakuerades under glasklockan skulle klockan fyllas med eter. Hur skulle ljus annars kunna färdas genom ett vakuum? Ljus är vågrörelse. Därför måste det finnas något där svängningar uppstår. Etern själv, även om det finns fluktuationer i den, rör sig sällan (om inte aldrig) i förhållande till materiella föremål, snarare rör sig alla föremål genom den, som rörelsen av en såll i vatten. Den absoluta rörelsen hos en stjärna, planet eller något annat föremål kommer att förenklas (vilket fysikerna från den eran var säkra på) om rörelsen betraktas i relation till ett sådant orörligt, osynligt eterhav.

Men, frågar du, om etern är en immateriell substans som inte kan ses, höras, kännas, luktas eller smakas. Men hur kan man betrakta till exempel jordens rörelse i förhållande till den? Svaret är enkelt. Mätningar kan göras genom att jämföra jordens rörelse med en ljusstråles rörelse.

För att förstå detta, låt oss vända oss ett ögonblick till ljusets natur. I själva verket är ljus bara en liten del av det synliga spektrumet av elektromagnetisk strålning, som inkluderar radiovågor, ultrakorta vågor, infrarött ljus, ultraviolett ljus och gammastrålar. I den här boken använder vi ordet "ljus" för att hänvisa till alla typer av elektromagnetisk strålning, eftersom detta ord är kortare än " elektromagnetisk strålning". Ljus är vågrörelse. Att tänka på en sådan rörelse utan att samtidigt tänka på den materiella etern föreföll för forna tiders fysiker lika absurt som att tänka på vågor på vatten utan att tänka på själva vattnet.

Om du skjuter från en rörlig jetplan i dess rörelseriktning, då kommer kulans hastighet i förhållande till jorden att vara större än hastigheten för en kula som avfyras från en pistol på jorden. Kulans hastighet i förhållande till marken erhålls genom att addera flygplanets hastighet och kulans hastighet.

När det gäller ljus är strålens hastighet inte beroende av hastigheten på föremålet med vilket ljuset sänds ut. Detta faktum bevisades övertygande experimentellt i slutet av artonhundratalet och början av nittonhundratalet och har sedan dess bekräftats upprepade gånger. Det sista testet utfördes 1955 av sovjetiska astronomer med hjälp av ljus från motsatta sidor av den roterande solen. En kant av vår sol rör sig alltid mot oss, och den andra - i motsatt riktning.

Man fann att ljus från båda kanterna kommer till jorden med samma hastighet. Liknande experiment gjordes för decennier sedan med ljus från roterande dubbelstjärnor. Trots källans rörelse är ljusets hastighet i tomt utrymme alltid densamma: den är något mindre än 300 000 km/sek.

Se hur detta faktum ger en vetenskapsman (låt oss kalla honom en observatör) ett sätt att beräkna sin absoluta hastighet. Om ljus fortplantar sig genom en fast, oföränderlig eter med en viss hastighet Med och om denna hastighet inte beror på källans hastighet, då kan ljusets hastighet tjäna som en standard för att bestämma observatörens absoluta rörelse. En observatör som rör sig i samma riktning som ljusstrålen måste finna att strålen passerar honom med en hastighet som är mindre än Med; en observatör som rör sig mot en ljusstråle måste notera att strålen närmar sig honom med en hastighet som är större än Med. Med andra ord skulle resultaten av att mäta ljusets hastighet behöva ändras beroende på observatörens rörelse i förhållande till strålen. Dessa förändringar skulle återspegla hans (betraktarens) sanna, absoluta rörelse genom etern.

När de beskriver detta fenomen använder fysiker ofta termen "etervind". För att förstå innebörden av denna term, överväg igen ett tåg i rörelse. Vi har sett att hastigheten för en person som går längs ett tåg med en hastighet av 3 km/h alltid är densamma med avseende på tåget och inte beror på om han rör sig mot loket eller mot slutet av tåget. Detta kommer också att gälla för ljudvågornas hastighet inuti en stängd bil. Ljud är en vågrörelse som överförs av luftmolekyler. Eftersom luften finns inne i bilen kommer ljudet inuti bilen att färdas norrut med samma hastighet (relativt bilen) som det färdas söderut.

Situationen kommer att förändras om vi går från en stängd personbil till en öppen plattform. Luften är inte längre isolerad inne i bilen. Om ett tåg rör sig med en hastighet av 60 km/h, så blåser det en vind på 60 km/h längs perrongen i motsatt riktning. På grund av denna vind kommer ljudets hastighet i riktning från slutet till början av bilen att vara lägre än normalt. Ljudhastigheten i motsatt riktning blir snabbare än normalt.

1800-talets fysiker var övertygade om att etern borde bete sig som luft som blåser på en rörlig plattform. Hur kunde det vara annorlunda? Om etern är orörlig måste alla föremål som rör sig i den möta den eteriska vinden som blåser i motsatt riktning. Ljus är en vågrörelse i den orörliga etern. Den eteriska vinden måste naturligtvis påverka ljusets hastighet som mäts från ett rörligt föremål.

Jorden rusar genom rymden längs sin väg runt solen med en hastighet av cirka 30 km/sek. Denna rörelse, hävdade fysiker, borde orsaka en eterisk vind som blåser mot jorden i luckorna mellan dess atomer med en hastighet av 30 km/sek. För att mäta jordens absoluta rörelse (dess rörelse i förhållande till en fast eter) är det bara nödvändigt att mäta hastigheten med vilken ljuset färdas en viss sträcka på jordens yta fram och tillbaka. På grund av den eteriska vinden kommer ljuset att färdas snabbare i en riktning än i den andra. Genom att jämföra ljusets hastigheter i olika riktningar kunde man beräkna jordens absoluta riktning och hastighet vid varje givet ögonblick. Detta experiment föreslogs första gången 1875, fyra år före Einsteins födelse, av den store skotske fysikern James Clark Maxwell.

1881 gjorde Albert Abraham Michelson, då en ung officer i den amerikanska flottan, just ett sådant experiment.

Michelson föddes i Tyskland av polska föräldrar. Hans far flyttade till Amerika när Michelson var två år gammal. Efter examen från Naval Academy i Annapolis och två år sjöfartstjänst Michelson börjar undervisa i fysik och kemi vid samma akademi. Han tar en lång semester och åker för att studera i Europa. Vid universitetet i Berlin, i den berömde tyske fysikern Hermann Helmholtz' laboratorium, försökte den unge Michelson först upptäcka etervinden. Till sin stora förvåning fann han i ingendera riktningen av kompassen någon skillnad i hastigheten med vilken ljuset färdades fram och tillbaka. Det var som om en fisk hade upptäckt att den kunde simma åt vilket håll som helst i havet utan att märka vattnets rörelse i förhållande till sin kropp; som om en pilot som flyger med en öppen kupé av sittbrunnen inte märkte vinden som blåste i hans ansikte.

Den enastående österrikiske fysikern Ernst Mach (vi kommer att prata om honom mer i kapitel 7) var redan då kritisk till idén om absolut rörelse genom etern. Efter att ha läst Michelsons publicerade redogörelse för experimentet drog han omedelbart slutsatsen att föreställningen om en eter måste förkastas. Men de flesta fysiker vägrade att ta ett så djärvt steg. Michelsons apparat var rå, det fanns tillräckliga skäl att tro att ett experiment som satts upp med känsligare apparater skulle ge ett positivt resultat. Det gjorde Michelson själv. Eftersom han inte hittade några fel i sin erfarenhet, försökte han upprepa det.

Michelson drog sig tillbaka från marinen och blev professor vid Case School of Applied Sciences (numera Case University) i Cleveland, Ohio. I närheten undervisade Edward William Morley i kemi vid University of the Western Territory. De två männen blev goda vänner.

"Utåt", skriver Bernard Jaffe om boken "Michelson and the Speed ​​of Light", "var dessa två forskare en modell av kontrast ... Michelson var stilig, smart, alltid renrakad. Morley, milt uttryckt, var slarvig i sina kläder och fungerade som ett exempel på en frånvarande professor ... Han lät håret växa tills det började rulla sig över hans axlar, och var ägare till en rörig röd skäggstubb som nådde nästan till öronen.

År 1887, i källaren på Morleys laboratorium, gjorde båda forskarna ett andra, mer exakt försök att hitta den svårfångade eteriska vinden. Deras erfarenhet, känd som Michelson-Morley-experimentet, är en av den moderna fysikens stora vändpunkter.

Anordningen installerades på en fyrkantig stenplatta med sidorna cirka en och en halv meter och en tjocklek av mer än 30 cm.Bjälken flöt i flytande kvicksilver. Detta eliminerade vibrationer, höll plattan horisontell och gjorde det lätt att rotera runt den centrala axeln. Ett system av speglar riktade en ljusstråle i en viss riktning, speglarna reflekterade strålen fram och tillbaka i en riktning så att den gjorde åtta körningar. (Detta gjordes för att förlänga banan så mycket som möjligt, samtidigt som enhetens dimensioner bibehölls så att den fortfarande lätt kunde rotera.) Samtidigt skickade ett annat system av speglar en stråle för åtta körningar i en riktning som var i rät vinkel mot den första strålen.

Man antog att när plattan vreds så att en av strålarna löpte fram och tillbaka parallellt med etervinden, så skulle strålen göra en resa på längre tid än den andra strålen som vandrade samma sträcka vinkelrätt mot vinden. Till en början verkar det som att det motsatta borde vara sant. Överväg ljus som sprider sig med och mot vinden. Kommer inte vinden att öka hastigheten på den ena banan lika mycket som den minskar den på den andra? Om så är fallet, då skulle accelerationen och retardationen ta bort varandra och tiden för hela resan skulle bli exakt densamma som om det inte var någon vind alls.

Visserligen kommer vinden att öka hastigheten i en riktning med exakt samma mängd som den minskar den i den andra, men - och detta är det viktigaste - vinden kommer att minska hastigheten under en längre tid. Beräkningar visar att det tar längre tid att ta sig igenom hela vägen motvind än i frånvaro av vind. Vinden kommer också att ha en bromsande effekt på strålen som utbreder sig i rät vinkel mot den. Detta är också lätt att verifiera.

Det visar sig att bromsningseffekten är mindre än i fallet när strålen utbreder sig parallellt med vinden. Om jorden rör sig genom ett hav av orörlig eter, måste en eterisk vind uppstå och Michelson-Morley-enheten måste registrera den. Båda forskarna var faktiskt övertygade om att de inte bara kunde upptäcka en sådan vind, utan också bestämma (genom att rotera plattan tills de hittade den position där skillnaden i tiden för ljusets passage i båda riktningarna är maximal) vid varje givet ögonblick den exakta riktningen jordens rörelse genom etern.

Det bör noteras att Michelson-Morley-anordningen inte mätte den verkliga ljushastigheten för var och en av strålarna. Båda strålarna, efter att de gjort det erforderliga antalet körningar fram och tillbaka, kombinerades till en enda stråle, som kunde observeras med ett litet teleskop. Instrumentet vände långsamt. Varje förändring i de relativa hastigheterna för båda strålarna skulle orsaka en förskjutning i interferensmönstret för alternerande ljusa och mörka kanter.

Återigen var Michelson förvånad och besviken.

Alla fysiker över hela världen blev också förvånade. Trots att Michelson och Morley vände på sin enhet märkte de inte ett spår av den eteriska vinden!

Aldrig tidigare i vetenskapens historia har det negativa resultatet av ett experiment varit så destruktivt och så fruktbart. Michelson beslutade återigen att hans experiment hade misslyckats. Han trodde aldrig att detta "misslyckande" skulle göra hans erfarenhet till ett av de mest betydelsefulla, revolutionerande experimenten i vetenskapens historia.

Michelson och Morley upprepade senare sitt experiment med ett ännu mer avancerat instrument. Andra fysiker har gjort samma sak. De mest exakta experimenten utfördes 1960 av Charles Townes vid Columbia University.

Hans instrument, som använde en maser ("atomklocka" baserad på molekylers vibrationer), var så känsligt att det kunde upptäcka den eteriska vinden även om jorden rörde sig med en hastighet av bara en tusendel av sin verkliga hastighet. Men inga spår av en sådan vind hittades.

Fysiker var till en början så förvånade över det negativa resultatet av Michelson-Morley-experimentet att de började komma med alla möjliga förklaringar för att rädda etervindsteorin. Naturligtvis, om detta experiment hade utförts några århundraden tidigare, då, som H. J. Whitrow noterar i The Structure and Development of the Universe, skulle en mycket enkel förklaring av jordens orörlighet snabbt komma till allas sinne. Men denna förklaring av upplevelsen verkade osannolik. Den bästa förklaringen var teorin (mycket äldre än Michelson-Morley-experimentet) att etern bärs med av jorden, som luften inuti en stängd tågvagn. Det gjorde Michelson också. Men andra experiment, varav ett Michelson utförde med egen hand, uteslöt även denna förklaring.

Den mest ovanliga förklaringen gavs av den irländska fysikern George Francis Fitzgerald. Kanske, sa han, trycker den eteriska vinden på ett föremål i rörelse, vilket får det att dra ihop sig i rörelseriktningen.

För att bestämma längden på ett rörligt föremål är det nödvändigt att multiplicera dess längd i vila med värdet som ges av formeln

var v2är kvadraten på den rörliga kroppens hastighet, och sedan 2är kvadraten på ljusets hastighet.

Man kan se från denna formel att kontraktionsvärdet är försumbart litet vid låga kroppshastigheter, ökar med ökande hastighet och blir stor när kroppshastigheten närmar sig ljusets hastighet. Så, rymdskepp, formad som en lång cigarr, tar formen av en kort cigarr när den rör sig i hög hastighet.

Ljusets hastighet är en ouppnåelig gräns; för en kropp som rör sig med denna hastighet skulle formeln se ut

och detta uttryck är lika med noll. Multiplicera objektets längd med noll, skulle vi få noll i svaret. Med andra ord, om något föremål kan nå ljusets hastighet, kommer det inte att ha någon längd i rörelseriktningen!

Den eleganta matematiska formen av Fitzgeralds teori gavs av den holländska fysikern Hendrik Lorentz, som självständigt kom fram till samma förklaring. (Senare blev Lorentz en av Einsteins närmaste vänner, men de kände inte varandra vid den tiden.) Denna teori blev känd som Lorentz-Fitzgerald (eller Fitzgerald-Lorentz) kontraktionsteorin.

Det är lätt att se hur kontraktionsteorin förklarade misslyckandet med Michelson-Morley-experimentet. Om den fyrkantiga plattan och alla instrument på den skulle dra ihop sig lite i den riktning som den eteriska vinden blåste, då skulle ljuset vandra en kortare hel väg.

Och även om vinden generellt sett skulle ha en bromsande effekt på strålens rörelse framåt och bakåt, skulle en kortare väg tillåta strålen att genomföra denna resa på exakt samma tid som om det varken fanns vind eller sammandragning. Reduktionen var med andra ord exakt sådan att ljusets hastighet hölls konstant, oavsett rotationsriktningen för Michelson-Morley-instrumentet.

Varför, kanske du frågar dig, kunde du inte bara mäta instrumentets längd och se om förkortningen faktiskt skedde i jordens rörelseriktning? Men linjalen krymper också och i samma proportion. Mätningen skulle ge samma resultat som vid frånvaro av reduktion.

På en jord i rörelse är allt föremål för sammandragning.

Situationen är densamma som i Poincarés mentala erfarenhet, där universum plötsligt blir tusen gånger större, men bara i Lorentz-Fitzgerald-teorin sker förändringarna i en enda riktning. Eftersom allt är föremål för denna förändring, finns det inget sätt att upptäcka det. Inom vissa gränser (gränser sätts av topologi - vetenskapen om egenskaperna som bevaras när ett föremål deformeras) är formen lika relativ som storleken. Minskningen av enheten, som minskningen av allt på jorden, kunde bara märkas av de som är utanför jorden och inte rör sig med den.

Många författare, som talade om relativitetsteorin, ansåg att Lorentz-Fitzgeralds kontraktionshypotes var hypotesen ad hoc(Latinskt uttryck som betyder "endast för detta tillfälle"), kan inte verifieras av några andra experiment. Adolf Grünbaum menade att detta inte var helt rättvist. Sammandragningshypotesen var ad hoc bara i den meningen att det vid den tiden inte fanns något sätt att testa det. I grund och botten är hon inte det ad hoc. Och detta bevisades 1932, när Kennedy och Thorndike experimentellt tillbakavisade denna hypotes.

Roy J. Kennedy och Edward M. Thorndike, två amerikanska fysiker, upprepade Michelson-Morley-experimentet. Men istället för att försöka göra båda armarna så lika som möjligt, försökte de göra sina längder så olika som möjligt. För att upptäcka skillnaden i den tid det tar för ljuset att färdas i två riktningar, roterades instrumentet. I enlighet med kontraktionsteorin borde tidsskillnaden ha ändrats under rotationen. Det kunde ses (som i Michelsons experiment) av förändringen i interferensmönstret som uppstår när två strålar blandas. Men ingen sådan förändring hittades.

Det enklaste sättet att testa kontraktionsteorin skulle vara att mäta hastigheten för ljusstrålar som utbreder sig i motsatta riktningar: längs jordens rörelseriktning och mot den. Att förkorta vägen gör det uppenbarligen inte omöjligt att upptäcka den eteriska vinden, om den finns. Fram till den senaste upptäckten av Mössbauereffekten (som kommer att diskuteras i kapitel 8) hindrade gigantiska tekniska svårigheter detta experiment från att genomföras.

I februari 1962, vid ett möte i Royal Society i London, talade professor Christian Möller vid Köpenhamns universitet om hur lätt detta experiment kunde utföras med hjälp av Mösebauer-effekten. För att göra detta är källan och absorbatorn för elektromagnetiska svängningar installerade i motsatta ändar av det roterande bordet. Møller påpekade att ett sådant experiment skulle kunna motbevisa den ursprungliga kontraktionsteorin.

Det är möjligt att ett sådant experiment kommer att genomföras under den tid denna bok trycks.

Även om experiment av detta slag inte kunde genomföras på Lorentz tid, föreställde han sig möjligheten i princip till dem och ansåg det vara ganska rimligt att anta att dessa experiment, liksom Michelsons experiment, skulle ge ett negativt resultat. För att förklara detta troliga resultat gjorde Lorentz ett viktigt tillägg till den ursprungliga kontraktionsteorin. Han introducerade tidens förändring. Han sa att klockan skulle sakta ner under inverkan av den eteriska vinden, och på ett sådant sätt att ljusets uppmätta hastighet alltid var 300 000 km/sek.

Överväga specifikt exempel. Låt oss anta att vi har en klocka som är tillräckligt exakt för att göra ett experiment för att mäta ljusets hastighet. Låt oss skicka ljus från punkt A till punkt B i en rät linje längs jordens rörelseriktning. Synkronisera två klockor vid punkt A och flytta sedan en av dem till punkt B. Notera tiden när ljusstrålen lämnade punkt A och (enligt andra klockor) ögonblicket för dess ankomst till punkt B. Eftersom ljuset då skulle röra sig mot den eteriska vinden, dess hastighet skulle minska något, och restiden skulle öka jämfört med fallet med jorden i vila. Har du märkt en brist i detta resonemang? Klockan som rörde sig från punkt A till B rörde sig också mot den eteriska vinden. Detta saktade ner klockan i punkt B, något efter klockan i punkt A. Som ett resultat förblir den uppmätta ljushastigheten oförändrad på 300 000 km/sek.

Samma sak kommer att hända (säger Lorenz) om du mäter hastigheten på ljuset som fortplantar sig i motsatt riktning från punkt B till A. Två klockor synkroniseras vid punkt B och sedan överförs en av dem till punkt A. En ljusstråle som fortplantar sig från punkt B till A , rör sig längs den eteriska vinden. Strålhastigheten ökar och följaktligen minskar restiden något jämfört med fallet med jorden i vila. Men när man flyttar klockan från punkt B till A, "drivs de också av vinden. Genom att minska trycket från den eteriska vinden kommer klockan att öka sin hastighet, och när experimentet avslutas kommer klockan i punkt A att springa före jämfört med klockan i punkt B.

Och som ett resultat är ljusets hastighet återigen 300 000 km/sek.

Den nya teorin om Lorentz förklarade inte bara det negativa resultatet av Michelson-Morley-experimentet; från den följde den grundläggande omöjligheten att experimentellt upptäcka den eteriska vindens inverkan på ljusets hastighet. Dess ekvationer för att ändra längd och tid fungerar på ett sådant sätt att varje möjlig metod för att mäta ljusets hastighet i någon referensram kommer att ge samma resultat. Det är tydligt att fysiker var missnöjda med denna teori. Hon var en teori ad hoc i ordets fulla bemärkelse. Ansträngningar att lappa till hålen i eterteorin visade sig vara dömda. Det är omöjligt att föreställa sig sätt att bekräfta eller vederlägga det. Fysiker hade svårt att tro att naturen genom att skapa den eteriska vinden ordnade allt så att det var omöjligt att upptäcka denna vind. Den engelske filosofen-matematikern Bartrand Russell citerade senare sång av den vita riddaren från Lewis Carrolls Alice i Underlandet mycket väl.