Në gjysmën e dytë të shekullit të 19-të, pikëpamjet fizike mbi natyrën e përhapjes së dritës, veprimin e gravitetit dhe disa fenomene të tjera filluan të hasin gjithnjë e më qartë vështirësi. Ata ishin të lidhur me konceptin eterik që dominonte në shkencë. Ideja për të kryer një eksperiment që do të zgjidhte kontradiktat e grumbulluara, siç thonë ata, ishte në ajër.
Në vitet 1880, u krijua një seri eksperimentesh, shumë komplekse dhe delikate për ato kohë - eksperimentet e Michelson për të studiuar varësinë e shpejtësisë së dritës nga drejtimi i lëvizjes së vëzhguesit. Përpara se të ndalemi më në detaje në përshkrimin dhe rezultatet e këtyre eksperimenteve të famshme, është e nevojshme të kujtojmë se cili ishte koncepti i eterit dhe si u kuptua fizika e dritës.
Pikëpamjet e shekullit të 19-të mbi natyrën e botës
Në fillim të shekullit, teoria valore e dritës triumfoi, duke marrë eksperimente të shkëlqyerakonfirmim në veprat e Jung dhe Fresnel, dhe më vonë - dhe justifikim teorik në veprën e Maxwell. Drita shfaqte absolutisht në mënyrë të pamohueshme vetitë valore dhe teoria korpuskulare u varros nën një grumbull faktesh që nuk mund t'i shpjegonte (ajo do të ringjallej vetëm në fillim të shekullit të 20-të mbi një bazë krejtësisht të re).
Megjithatë, fizika e asaj epoke nuk mund ta imagjinonte përhapjen e një vale ndryshe nga dridhjet mekanike të një mediumi. Nëse drita është një valë dhe është në gjendje të përhapet në vakum, atëherë shkencëtarët nuk kishin zgjidhje tjetër veçse të supozonin se vakuumi është i mbushur me një substancë të caktuar, për shkak të dridhjeve të tij që përçojnë valët e dritës.
Aeter ndritshëm
Substanca misterioze, pa peshë, e padukshme, e pa regjistruar nga asnjë pajisje, quhej eter. Eksperimenti i Michelson u krijua vetëm për të konfirmuar faktin e ndërveprimit të tij me objekte të tjera fizike.
Hipotezat për ekzistencën e materies eterike u shprehën nga Descartes dhe Huygens në shekullin e 17-të, por ajo u bë e nevojshme si ajri në shekullin e 19-të, dhe në të njëjtën kohë çoi në paradokse të pazgjidhshme. Fakti është se për të ekzistuar në përgjithësi, eteri duhej të kishte cilësi reciproke ekskluzive ose, në përgjithësi, fizikisht joreale.
Kontradikta të konceptit eter
Për t'u përshtatur me pamjen e botës së vëzhguar, eteri ndriçues duhet të jetë absolutisht i palëvizshëm - përndryshe kjo pamje do të shtrembërohej vazhdimisht. Por palëvizshmëria e tij ishte në konflikt të papajtueshëm me ekuacionet dhe parimin e MaxwellRelativiteti Galileas. Për hir të ruajtjes së tyre, ishte e nevojshme të pranohej se eteri mbartet nga trupat në lëvizje.
Përveç kësaj, materia eterike mendohej se ishte absolutisht e ngurtë, e vazhdueshme dhe në të njëjtën kohë që nuk pengonte në asnjë mënyrë lëvizjen e trupave nëpër të, e papërshtatshme dhe, për më tepër, posedonte elasticitet tërthor, përndryshe nuk do të përçonte valë elektromagnetike. Përveç kësaj, eteri u konceptua si një substancë gjithëpërfshirëse, e cila, përsëri, nuk përshtatet mirë me idenë e pasionit të tij.
Ideja dhe prodhimi i parë i eksperimentit të Michelson
Fizikani amerikan Albert Michelson u interesua për problemin e eterit pasi lexoi letrën e Maxwell-it, botuar pas vdekjes së Maxwell-it në 1879, ku përshkruante një përpjekje të pasuksesshme për të zbuluar lëvizjen e Tokës në lidhje me eterin në revistën Nature..
Në 1881, u zhvillua eksperimenti i parë i Michelson për të përcaktuar shpejtësinë e dritës që përhapet në drejtime të ndryshme në lidhje me eterin, një vëzhgues që lëviz me Tokën.
Toka, duke lëvizur në orbitë, duhet t'i nënshtrohet veprimit të të ashtuquajturës erë eterike - një fenomen i ngjashëm me rrjedhën e ajrit që rrjedh mbi një trup në lëvizje. Një rreze drite monokromatike e drejtuar paralelisht me këtë "erë" do të lëvizë drejt saj, duke humbur pak shpejtësinë dhe anasjelltas (duke reflektuar nga pasqyra) në drejtim të kundërt. Ndryshimi i shpejtësisë në të dyja rastet është i njëjtë, por arrihet në kohë të ndryshme: rrezes së ngadalësuar "që vjen përballë" do të marrë më shumë kohë për të udhëtuar. Pra sinjali i dritësemetuar paralelisht me "erën eterike" domosdoshmërisht do të vonohet në lidhje me një sinjal që udhëton në të njëjtën distancë, gjithashtu me reflektim nga pasqyra, por në një drejtim pingul.
Për të regjistruar këtë vonesë, u përdor një pajisje e shpikur nga vetë Michelson - një interferometër, funksionimi i të cilit bazohet në fenomenin e mbivendosjes së valëve koherente të dritës. Nëse njëra nga valët do të vonohej, modeli i ndërhyrjes do të zhvendosej për shkak të ndryshimit të fazës që rezulton.
Eksperimenti i parë i Michelson me pasqyrat dhe një interferometër nuk dha një rezultat të qartë për shkak të ndjeshmërisë së pamjaftueshme të pajisjes dhe nënvlerësimit të ndërhyrjeve (dridhjeve) të shumta dhe shkaktoi kritika. Kërkohej përmirësim i ndjeshëm në saktësi.
Përvoja e përsëritur
Në vitin 1887, shkencëtari përsëriti eksperimentin së bashku me bashkatdhetarin e tij Edward Morley. Ata përdorën një konfigurim të avancuar dhe u kujdesën të veçantë për të eliminuar ndikimin e faktorëve anësor.
Thelbi i përvojës nuk ka ndryshuar. Rrezja e dritës e mbledhur me anë të një thjerrëze u përplas në një pasqyrë gjysmë transparente të vendosur në një kënd prej 45°. Këtu ai ndau: një rreze depërtoi përmes ndarësit, e dyta shkoi në një drejtim pingul. Secili prej rrezeve u reflektua më pas nga një pasqyrë e zakonshme e sheshtë, u kthye në ndarësin e rrezeve dhe më pas goditi pjesërisht interferometrin. Eksperimentuesit ishin të sigurt në ekzistencën e një "erë eterike" dhe pritej të merrnin një zhvendosje plotësisht të matshme prej më shumë se një të tretës së skajit të ndërhyrjes.
Ishte e pamundur të neglizhohej lëvizja e sistemit diellor në hapësirë, kështu që ideja e eksperimentit përfshinte aftësinë për të rrotulluar instalimin në mënyrë që të rregullohej drejtimi i "erës eterike".
Për të shmangur ndërhyrjen e dridhjeve dhe shtrembërimin e figurës gjatë rrotullimit të pajisjes, e gjithë struktura u vendos në një pllakë guri masive me një notues toroidal prej druri që noton në merkur të pastër. Themeli nën instalim u varros në shkëmb.
rezultatet eksperimentale
Shkencëtarët kryen vëzhgime të kujdesshme gjatë gjithë vitit, duke e rrotulluar pllakën me pajisjen në drejtim të akrepave të orës dhe në të kundërt. Modeli i ndërhyrjes u regjistrua në 16 drejtime. Dhe, pavarësisht saktësisë së paprecedentë për epokën e tij, eksperimenti i Michelson, i kryer në bashkëpunim me Morley, dha një rezultat negativ.
Valët e dritës në fazë duke lënë ndarësin e rrezeve arritën në vijën e finishit pa zhvendosje fazore. Kjo përsëritej çdo herë, në çdo pozicion të interferometrit, dhe do të thoshte se shpejtësia e dritës në eksperimentin e Michelson nuk ndryshonte në asnjë rrethanë.
Kontrollimi i rezultateve të eksperimentit u krye në mënyrë të përsëritur, përfshirë në shekullin XX, duke përdorur interferometra lazer dhe rezonatorë mikrovalë, duke arritur një saktësi prej një të dhjetë miliardësha të shpejtësisë së dritës. Rezultati i përvojës mbetet i palëkundur: kjo vlerë është e pandryshuar.
Kuptimi i eksperimentit
Nga eksperimentet e Michelson dhe Morley rezulton se "era eterike" dhe, rrjedhimisht, vetë kjo materie e pakapshme thjesht nuk ekziston. Nëse ndonjë objekt fizik në thelb nuk zbulohet në asnjë proces, kjo është e barabartë me mungesën e tij. Fizikanët, duke përfshirë autorët e eksperimentit të organizuar në mënyrë të shkëlqyer, nuk e kuptuan menjëherë kolapsin e konceptit të eterit dhe bashkë me të edhe kornizën absolute të referencës.
Vetëm Albert Einstein në vitin 1905 arriti të paraqesë një shpjegim të ri të qëndrueshëm dhe në të njëjtën kohë revolucionar të rezultateve të eksperimentit. Duke i konsideruar këto rezultate ashtu siç janë, pa u përpjekur të tërheqë eterin spekulativ për to, Ajnshtajni arriti në dy përfundime:
- Asnjë eksperiment optik nuk mund të zbulojë lëvizjen drejtvizore dhe uniforme të Tokës (e drejta për ta konsideruar atë si të tillë jepet nga kohëzgjatja e shkurtër e aktit të vëzhgimit).
- Në lidhje me çdo kornizë inerciale të referencës, shpejtësia e dritës në vakum është e pandryshuar.
Këto përfundime (të para - në kombinim me parimin galileas të relativitetit) shërbyen si bazë për formulimin e postulateve të tij të famshme nga Ajnshtajni. Pra, eksperimenti Michelson-Morley shërbeu si një bazë solide empirike për teorinë speciale të relativitetit.
