Vikipeedia

Michelsoni-Morley eksperiment

Michelsoni-Morley eksperimendi sooritasid 1887. aastal Albert Michelson ja Edward Morley,[1] millega üritati tõestada aine suhtelist liikumist statsionaarses eetris. Eksperimendi negatiivseid tulemusi loetakse esimeseks tõestuseks seniselt levinud eetri teooria vastu, mille lõpuks asendas erirelatiivsusteooria.

Michelsoni-Morley interferomeeter, mis on kinnitatud kiviplaadile ja hõljub elavhõbeda vannis

Sarnaseid eksperimente on korduvalt läbi viidud suurema täpsusega. Viimased eksperimendid optilise resonaatoriga on kinnitanud eetrituule puudumist täpsusega 10−17.[2][3]

Valguse levimiskeskkond muuda

19. sajandi füüsikateooriad eeldasid, et kui vee pinnalained vajavad levimiskeskkonda (antud juhul vett) ja heli vajab levimiskeskkonda (näiteks õhku või vett), siis ka valguse levimiseks on vaja teatud keskkonda, mida kutsutakse "eetriks". Kuna valgus saab levida vaakumis, siis usuti, et ka vaakum peab olema täidetud eetriga.

Maa tiirleb ümber Päikese kiirusega 30 km/s. Päike liigub ümber Galaktika keskme veelgi kiiremalt ning vaadates suuremaid struktuuriüksusi, liigub ka Galaktika suure kiirusega. Kuna Maa on pidevas liikumises, eksisteerib kaks võimalust: (1) Eeter on statsionaarne, Maa veab eetrit ainult osaliselt kaasa (hüpoteesi esitas Augustin-Jean Fresnel 1818. aastal) või (2) Maa veab eetrit täielikult kaasa, eeter liigub koos Maa pinnaga (hüpoteesi esitas George Gabriel Stokes 1844. aastal). James Clerk Maxwell esitas Maxwelli võrrandid, mille järgi on nähtav valgus elektromagnetlaine, aga ka nende võrrandite lahendeid tõlgendati lainefunktsioonidena, millega saab kirjeldada valguslaine levimist eetris. Lõpuks eelistati Fresneli ideed (peaaegu) statsionaarsest eetrist, sest selle teooriaga sai seletada Fizeau eksperimenti ja valguse aberratsiooni.

Michelsoni interferomeeter (1881) muuda

 
Joonis 1. Valguskiirte teekond Michelsoni interferomeetris

Joonisel 1 langeb valgusallikast S tulev valgus osaliselt läbipaistvale peeglile M, kust osa valgust murdub punkti B poole ja osa peegeldub punkti A poole. Peeglitelt M1 ja M2 peegelduvad kiired tagasi ning jõuavad punkti C, kus nad interfereeruvad. Asukohas E olev vaatleja näeb interferentsipilti.

Oodatav interferentsipildi nihe muuda

Liikugu Maa eetri suhtes kiirusega v ja olgu interferomeetri haarade pikkused L. Valgusallikas kiirgab valgust, mis levib eetris kiirusega c. Peeglid M ja M2 on paralleelsed eetrituulega. Peeglilt M peeglile M2 jõudmiseks kulub valgusel aega  , tagasi peeglini M jõudmiseks kulub aega  . Kokku kulub vahemaa M-M2-C läbimiseks aega[4]

     .

Eetrituulega risti suunas lõigu M-M1 läbimiseks kulub valgusel aega  , tagasi peeglini M läbimiseks kulub sama palju aega. Kokku kulub vahemaa M-M1-C läbimiseks aega

 .

Erinevate lõikude läbimiseks kuluva ajavahemike erinevus on[5]

 .

Vastav käiguvahe on

 .

Kui interferomeetrit pöörata 90 kraadi, on käiguvahe

 .

Jagades käiguvahede erinevuse   lainepikkusega λ, saab interferentspildi nihke n:

 .

Michelsoni-Morley algses eksperimendis oli haarade pikkus L≈11 meetrit ja lainepikkus λ≈500 nanomeetrit, oodatud interferentsipildi nihe n oli ≈0,44. Valgusel pidi ühe haara läbimiseks kuluma rohkem aega, mida sai mõõta, kui valguskiired uuesti kokku saades interfereerusid. Negatiivsest tulemusest tegi Michelson järelduse, et eetritriiv ei ole mõõdetav.[1]

Eksperimentide tulemused muuda

Michelsoni-Morley eksperiment ei ole ajaloos ainus kord, kui interferomeetriga on üritatud eetrituule olemasolu avastada. Analoogseid eksperimente on korduvalt läbi viidud. Kuigi 1905. aastal avaldati erirelatiivsusteooria, mis välistab valguse kiiruse suhtelisuse, jätkati katsete läbi viimisega järjest täpsemate katseseadmetega. Kõikide tehtud katsete tulemused on negatiivsed, mis kinnitavad erirelatiivsuse postulaatide õigsust.

Nimi Asukoht Aasta Haara

pikkus (m)

Eeldatud

nihe

Mõõdetud

nihe

Suhe Veeter ülemine piir Täpsus Negatiivne

tulemus

Michelson[6] Potsdam 1881 1,2 0,04 ≤ 0,02 2 ∼ 20 km/s 0,02   +
Michelson ja Morley[1] Cleveland 1887 11,0 0,4 < 0,02
või ≤ 0,01		 40 ∼ 4–8 km/s 0,01   +
Morley ja Miller[7][8] Cleveland 1902–1904 32,2 1,13 ≤ 0,015 80 ∼ 3,5 km/s 0,015 +
Miller[9] Mount Wilson 1921 32,0 1,12 ≤ 0,08 15 ∼ 8–10 km/s ? ?
Miller[9] Cleveland 1923–1924 32,0 1,12 ≤ 0,03 40 ∼ 5 km/s 0,03 +
Miller (päikesevalgus)[9] Cleveland 1924 32,0 1,12 ≤ 0,014 80 ∼ 3 km/s 0,014 +
Tomaschek (tähevalgus)[10] Heidelberg 1924 8,6 0,3 ≤ 0,02 15 ∼ 7 km/s 0,02 +
Miller[9][11] Mount Wilson 1925–1926 32,0 1,12 ≤ 0,088 13 ∼ 8–10 km/s ? ?
Kennedy[12] Pasadena/Mount Wilson 1926 2,0 0,07 ≤ 0,002 35 ∼ 5 km/s 0,002 +
Illingworth[13] Pasadena 1927 2,0 0,07 ≤ 0,0004 175 ∼ 2 km/s 0,0004 +
Piccard & Stahel[14] sondpalliga 1926 2,8 0,13 ≤ 0,006 20 ∼ 7 km/s 0,006 +
Piccard & Stahel[15] Brüssel 1927 2,8 0,13 ≤ 0,0002 185 ∼ 2,5 km/s 0,0007 +
Piccard & Stahel[16] Rigi 1927 2,8 0,13 ≤ 0,0003 185 ∼ 2,5 km/s 0,0007 +
Michelson kaastööna[17] Mount Wilson 1929 25,9 0,9 ≤ 0,01 90 ∼ 3 km/s 0,01 +
Joos[18] Jena 1930 21,0 0,75 ≤ 0,002 375 ∼ 1,5 km/s 0,002 +

Vaata ka muuda

Viited muuda

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Michelson, Albert Abraham & Morley, Edward Williams (1887). "On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether" . American Journal of Science. 34: 333–345.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  2. ↑ Eisele, Ch.; Nevsky, A. Yu.; Schiller, S. (2009). "Laboratory Test of the Isotropy of Light Propagation at the 10−17 level" (PDF). Physical Review Letters. 103 (9): 090401. Bibcode:2009PhRvL.103i0401E. DOI:10.1103/PhysRevLett.103.090401. PMID 19792767. Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 26. jaanuar 2022. Vaadatud 14. mail 2013.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  3. ↑ Herrmann, S.; Senger, A.; Möhle, K.; Nagel, M.; Kovalchuk, E. V.; Peters, A. (2009). "Rotating optical cavity experiment testing Lorentz invariance at the 10−17 level". Physical Review D. 80 (100): 105011. arXiv:1002.1284. Bibcode:2009PhRvD..80j5011H. DOI:10.1103/PhysRevD.80.105011.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  4. ↑ Feynman, R.P. (1970), "The Michelson–Morley experiment (15–3)", The Feynman Lectures on Physics, kd 1, Reading: Addison Wesley Longman, ISBN 0-201-02115-3
  5. ↑ Albert Shadowitz (1988). Special relativity (Reprint of 1968 edition ed.). Courier Dover Publications. Lk 159–160. ISBN 0-486-65743-4. {{cite book}}: parameetris |edition= on üleliigne tekst (juhend)
  6. ↑ Michelson, Albert Abraham (1881). "The Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether" . American Journal of Science. 22: 120–129.
  7. ↑ Edward W. Morley and Dayton C. Miller (1904). "Extract from a Letter dated Cleveland, Ohio, August 5th, 1904, to Lord Kelvin from Profs. Edward W. Morley and Dayton C. Miller" . Philosophical Magazine. 6. 8 (48): 753–754.
  8. ↑ Edward W. Morley and Dayton C. Miller (1905). "Report of an experiment to detect the Fitzgerald–Lorentz Effect" . Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences. XLI (12): 321–8.
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 Miller, Dayton C. (1925). "Ether-Drift Experiments at Mount Wilson". Proceedings of the National Academy of Sciences. 11 (6): 306–314. Bibcode:1925PNAS...11..306M. DOI:10.1073/pnas.11.6.306.
  10. ↑ Tomaschek, R. (1924). "Über das Verhalten des Lichtes außerirdischer Lichtquellen". Annalen der Physik. 378 (1): 105–126. Bibcode:1924AnP...378..105T. DOI:10.1002/andp.19243780107.
  11. ↑ Miller, Dayton C. (1933). "The Ether-Drift Experiment and the Determination of the Absolute Motion of the Earth". Reviews of Modern Physics. 5 (3): 203–242. Bibcode:1933RvMP....5..203M. DOI:10.1103/RevModPhys.5.203.
  12. ↑ Kennedy, Roy J. (1926). "A Refinement of the Michelson–Morley Experiment". Proceedings of the National Academy of Sciences. 12 (11): 621–629. Bibcode:1926PNAS...12..621K. DOI:10.1073/pnas.12.11.621.
  13. ↑ Illingworth, K. K. (1927). "A Repetition of the Michelson–Morley Experiment Using Kennedy's Refinement". Physical Review. 30 (5): 692–696. Bibcode:1927PhRv...30..692I. DOI:10.1103/PhysRev.30.692.
  14. ↑ Piccard, A.; Stahel, E. (1926). "L'expérience de Michelson, réalisée en ballon libre". Comptes Rendus. 183 (7): 420–421.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  15. ↑ Piccard, A.; Stahel, E. (1927). "Nouveaux résultats obtenus par l'expérience de Michelson". Comptes Rendus. 184: 152.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  16. ↑ Piccard, A.; Stahel, E. (1927). "L'absence du vent d'éther au Rigi". Comptes Rendus. 184: 1198–1200.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  17. ↑ Michelson, A. A.; Pease, F. G.; Pearson, F.; Pease; Pearson (1929). "Results of repetition of the Michelson–Morley experiment". Journal of the Optical Society of America. 18 (3): 181. Bibcode:1929JOSA...18..181M.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  18. ↑ Joos, G. (1930). "Die Jenaer Wiederholung des Michelsonversuchs". Annalen der Physik. 399 (4): 385–407. Bibcode:1930AnP...399..385J. DOI:10.1002/andp.19303990402.
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Michelsoni-Morley_eksperiment&oldid=6378673"