Ιστορία του πειράματος Michelson-Morley

Το πείραμα Michelson-Morley ήταν μια προσπάθεια μέτρησης του κίνηση της Γης μέσω του φωτεινού αιθέρα. Παρόλο που ονομάζεται συχνά το πείραμα Michelson-Morley, η φράση αναφέρεται στην πραγματικότητα σε μια σειρά πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν από το Albert Michelson το 1881 και στη συνέχεια και πάλι (με καλύτερο εξοπλισμό) στο Case Western University το 1887 μαζί με τον χημικό Edward Morley. Αν και το τελικό αποτέλεσμα ήταν αρνητικό, το κλειδί του πειράματος ήταν ότι άνοιξε την πόρτα για μια εναλλακτική εξήγηση για την περίεργη συμπεριφορά του φωτός που μοιάζει με κύμα.

Μέχρι το τέλος της δεκαετίας του 1800, η ​​κυρίαρχη θεωρία του πώς λειτουργεί το φως ήταν ότι ήταν ένα κύμα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, εξαιτίας πειραμάτων όπως Το πείραμα της διπλής σχισμής του Young.

Το πρόβλημα είναι ότι ένα κύμα έπρεπε να κινηθεί μέσα από ένα είδος μέσου. Κάτι πρέπει να υπάρχει για να κάνει το κουνώντας. Το φως ήταν γνωστό ότι ταξίδευε μέσω του εξωτερικού χώρου (που οι επιστήμονες πίστευαν ότι ήταν ένα κενό) και θα μπορούσατε ακόμη και να δημιουργήσετε ένα θάλαμο κενού και να λάμψει ένα φως μέσα από αυτό, έτσι όλα τα στοιχεία κατέστησαν σαφές ότι το φως θα μπορούσε να κινηθεί μέσα από μια περιοχή χωρίς αέρα ή άλλο θέμα.

Για να ξεπεράσουμε αυτό το πρόβλημα, οι φυσικοί υποθέτουν ότι υπήρχε μια ουσία που πλήρωσε ολόκληρο το σύμπαν. Κάλεσαν αυτή την ουσία τον φωτεινό αιθέρα (ή μερικές φορές τον φωτεινό αιθέρα, παρόλο που φαίνεται ότι αυτό είναι απλώς το είδος της ρίψης ειρωνικά συνηθισμένων συλλαβών και φωνηέντων).

Ο Michelson και ο Morley (πιθανώς ως επί το πλείστον ο Michelson) κατέληξαν στην ιδέα ότι θα πρέπει να μπορείτε να μετρήσετε την κίνηση της Γης μέσω του αιθέρα. Ο αιθέρας τυπικά πιστεύεται ότι είναι μη κινητός και στατικός (εκτός, φυσικά, για τη δόνηση), αλλά η Γη κινείται γρήγορα.

Σκεφτείτε πότε κρεμάτε το χέρι σας από το παράθυρο του αυτοκινήτου σε μια μονάδα δίσκου. Ακόμη και αν δεν είναι άνεμος, το κάνει η δική σας κίνηση φαίνομαι ανεμώδης. Το ίδιο θα πρέπει να ισχύει και για τον αιθέρα. Ακόμα κι αν σταμάτησε, καθώς η Γη κινείται, τότε το φως που πηγαίνει προς μία κατεύθυνση πρέπει να κινείται ταχύτερα μαζί με τον αιθέρα από το φως που πηγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση. Είτε έτσι είτε αλλιώς, όσο υπάρχει κάποια κίνηση μεταξύ του αιθέρα και της Γης, θα έπρεπε να έχει δημιουργήσει έναν αποτελεσματικό "αιθέρα" που θα είχε είτε ώθησε ή εμπόδισε την κίνηση του φωτός κύματος, παρόμοιο με το πώς ο κολυμβητής κινείται γρηγορότερα ή πιο αργά ανάλογα με το αν κινείται μαζί με ή κατά ρεύμα.

Για να δοκιμάσει αυτή την υπόθεση, οι Michelson και Morley (και πάλι, κατά κύριο λόγο Michelson) σχεδίασαν μια συσκευή που χωρίζει μια ακτίνα από το φως και το αναπήδησε από τους καθρέφτες, ώστε να κινηθεί προς διαφορετικές κατευθύνσεις και τελικά να χτυπήσει το ίδιο στόχος. Η αρχή στην εργασία ήταν ότι εάν δύο δέσμες ταξίδευαν την ίδια απόσταση κατά μήκος διαφορετικών διαδρομών μέσω του αιθέρα, θα έπρεπε να κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες και ως εκ τούτου, όταν χτυπήσουν την τελική οθόνη στόχο, αυτές οι δέσμες φωτός θα ήταν ελαφρώς εκτός φάσης μεταξύ τους, πράγμα που θα δημιουργούσε ένα ευκολογνώριστος παρέμβαση πρότυπο. Αυτή η συσκευή, επομένως, ήρθε να είναι γνωστή ως συμβολόμετρο Michelson (που φαίνεται στο γραφικό στην αρχή αυτής της σελίδας).

Το αποτέλεσμα ήταν απογοητευτικό, επειδή δεν βρήκαν απολύτως καμία ένδειξη για τη σχετική κινητικότητα που αναζητούσαν. Δεν έχει σημασία ποια διαδρομή πήρε η δέσμη, το φως φαινόταν να κινείται με ακριβώς την ίδια ταχύτητα. Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν το 1887. Ένας άλλος τρόπος για να ερμηνεύσουμε τα αποτελέσματα εκείνη την εποχή ήταν να υποθέσουμε ότι ο αιτήρας συνδέθηκε με κάποιο τρόπο στην κίνηση της Γης, αλλά κανείς δεν μπορούσε πραγματικά να βρει ένα μοντέλο που επέτρεπε αυτό που έκανε έννοια.

Στην πραγματικότητα, το 1900 ο βρετανός φυσικός Ο Λόρδος Kelvin εξέφρασε φανερά ότι αυτό το αποτέλεσμα ήταν ένα από τα δύο "σύννεφα" που έπληξε μια κατά τα άλλα πλήρη κατανόηση του σύμπαντος, με γενική προσδοκία ότι θα επιλυθεί σε σχετικά σύντομη τάξη.

Θα χρειαστούν περίπου 20 χρόνια (και το έργο του Albert Einstein) για να ξεπεράσουμε πραγματικά τα εννοιολογικά εμπόδια που απαιτούνται για να εγκαταλείψουμε εξ ολοκλήρου το αιθερικό μοντέλο και να υιοθετήσουμε το σημερινό μοντέλο, στο οποίο εκτίθενται τα φώτα η δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων.

Βρείτε το πλήρες κείμενο του εγγράφου που δημοσιεύτηκε στην έκδοση του 1887 του American Journal of Science, αρχειοθετημένα ηλεκτρονικά στο Ιστότοπο AIP.