Michelson-Morleyjev poskus (1887): preizkus obstoja etra z interferometrom

Michelson-Morleyjev poskus (1887): zgodovinski interferometrski preizkus obstoja etra, ki je preoblikoval razumevanje svetlobe in moderne fizike.

Michelson-Morleyjev poskus je bil znanstveni poskus, s katerim so ugotavljali prisotnost in lastnosti snovi, imenovane eter, ki naj bi zapolnjevala prazen prostor. Poskus sta leta 1887 izvedla Albert A. Michelson in Edward Morley.

Ker valovi v vodi potrebujejo nekaj za gibanje (vodo) in zvočni valovi prav tako (zrak), so menili, da tudi svetloba potrebuje nekaj za gibanje. Znanstveniki v 18. stoletju so to snov poimenovali "eter" po grškem bogu svetlobe. Verjeli so, da je eter povsod okoli nas in da zapolnjuje tudi vesoljski vakuum. Michelson in Morley sta naredila ta poskus, da bi dokazala teorijo o obstoju etra. To sta storila z napravo, imenovano interferometer.

Načelo poskusa

Interferometer, ki sta ga uporabila Michelson in Morley, je delil snop svetlobe na dva snopa, ki sta se gibala po pravokotnih poteh, odrazila nazaj in se ponovno združila. Če bi se Zemlja gibala skozi stacionarni eter, bi "eterni veter" spremenil učinkovite hitrosti svetlobe v dveh smereh, kar bi povzročilo spremembo poti in s tem premik interferenčnih prog (fringov) pri ponovni združitvi snopov. Z vrtenjem celotne naprave bi pričakovali periodične spremembe v razporeditvi prog, ki bi bile dokaz obstoja etra in smeri gibanja Zemlje v njem.

Izvedba in natančnost

Poskus sta izvedla v laboratoriju v ZDA (Cleveland, Ohio). Uporabila sta zelo natančen Michelsonov interferometer, postavljen na stabilno kamnito ploščo, z ogledali in polprepustnimi zrcali. Zaradi velikosti in natančnosti naprav je bil poskus občutljiv na majhne premike interferenčnih prog, kar je omogočalo preverjanje zelo majhnih razlik v hitrosti svetlobe v različnih smereh.

Rezultati

Pri meritvah Michelson in Morley nista odkrila pričakovanega, značilnega premika interferenčnih prog. Meritve so pokazale zelo majhen ali praktično ničelni premik – bistveno manjši od tistega, ki bi ga pričakovali, če bi Zemlja premikala skozi eter s hitrostjo, ki je enaka njeni orbitalni hitrosti okoli Sonca. Ta izid je postal znan kot »ničelni rezultat« Michelson‑Morleyjevega poskusa.

Pomen in posledice

• Omejitev klasične teorije etra: Rezultat je močno omejil verodostojnost ideje o stoječem, opaznem etru in povzročil potrebo po novih razlagah.
• FitzGerald‑Lorentzova hipoteza: Za razlago manjše od pričakovane razlike so bili predlagani ukrepi, kot je kontrakcija dolžin v smeri gibanja (FitzGerald, Lorentz), ki bi »skriti« učinek etra.
• Razvoj teorije relativnosti: Michelson‑Morleyjev ničelni rezultat je bil eden izmed eksperimentalnih izhodišč, ki so pripomogli k razvoju posebne teorije relativnosti (Albert Einstein, 1905). Einstein je pokazal, da za razlago pojavov ni treba uvajati etra, temveč spremeniti pojmovanje prostora in časa.
• Izboljšave in sodobne meritve: Kasnejše in sodobne različice poskusa so z vedno večjo natančnostjo preverjale isotropijo hitrosti svetlobe in postavile izjemno stroge meje morebitnim odstopanjem – daleč pod meje, ki jih je meril Michelson v 19. stoletju.
• Michelsonova nagrada: Albert A. Michelson je bil leta 1907 nagrajen z Nobelovo nagrado za fiziko za svoje natančne optične meritve in prispevek k meritvam hitrosti svetlobe.

Kratek povzetek

Michelson‑Morleyjev poskus iz leta 1887 je bil skrbno zasnovan eksperiment z interferometrom, namenjen preverjanju obstoja etra. Njegov ničelni rezultat je zavrnil preprosto predstavo o stoječem etru in sprožil pomembne teoretske spremembe v fiziki, ki so vodile do razvoja posebne relativnosti in sodobnega razumevanja svetlobe, prostora in časa.

Poskus

Zemlja okoli Sonca potuje zelo hitro (več kot 100.000 km na uro). Če obstaja eter, bi Zemlja, ki se giblje po njem, povzročila "veter" na enak način, kot se zdi, da je veter zunaj premikajočega se avtomobila. Osebi v avtomobilu bi se zrak zunaj avtomobila zdel kot gibajoča se snov. Na enak način bi se moral eter stvari na Zemlji zdeti kot gibljiva snov.

Interferometer je bil zasnovan za merjenje hitrosti in smeri "etrskega vetra" z merjenjem razlike med hitrostjo svetlobe, ki potuje v različnih smereh. To razliko je izmeril tako, da je svetil s svetlobnim žarkom v ogledalo, ki je bilo le delno prevlečeno s srebrom. Del žarka se je odbil v eno smer, preostanek pa v drugo. Ta dva dela se nato odbijeta nazaj, kjer sta se razdelila in ponovno združila. Z opazovanjem interferenčnih vzorcev v rekombiniranem snopu svetlobe bi lahko ugotovili morebitne spremembe hitrosti zaradi etrskega vetra.

Ugotovili so, da med meritvami dejansko ni bilo bistvenih razlik. To je bilo za takratno znanstveno skupnost presenetljivo in je privedlo do oblikovanja različnih novih teorij, ki naj bi pojasnile ta rezultat. Najpomembnejši je bil Lorentzev faktor, ki se uporablja v posebni teoriji relativnosti Alberta Einsteina.

Michelsonov interferometer uporablja enako načelo kot prvotni poskus. Za vir svetlobe pa uporablja laser.

Vprašanja in odgovori

V: Kakšen je bil namen poskusa Michelson-Morley?

V: Kaj je eter?

V: Kdaj je bil izveden poskus Michelson-Morley?

V: Kaj je pokazal Michelson-Morleyjev poskus?

V: Kaj so o etru menili znanstveniki v 18. stoletju?

V: Kaj sta Michelson in Morley uporabila za izvedbo poskusa?

V: Kaj je preizkus Michelsonovega in Morleyjevega poskusa?

Išči po črki