Вопыты Майкельсана — клас фізічных эксперыментаў, якія даследуюць залежнасць скорасці распаўсюджвання святла ад кірунку. На 2011 год дакладнасць вопытаў дазваляе знайсці адносныя адхіленні ізатропнасці скорасці святла парадку 10−18, аднак на гэтым узроўні адхіленняў не знойдзена. Вопыты Майкельсана з’яўляюцца эмпірычнай асновай прынцыпу інварыянтнасці скорасці святла, які ўваходзіць у агульную тэорыю адноснасці (АТА) і спецыяльную тэорыю адноснасці (СТА).
Тэорыя
Вылічаем агульны час , выкарыстоўваючы суму часоў двух шляхоў:
Прыбліжэнне звязана з тым, што (парадку ), калі бярэцца скорасць абітальнага руху Зямлі км/с, якая пры наяўнасці эфіру была б скорасцю адносна эфіру.
Скорасць эфіру , а скорасць хвалі у кірунку люстэрка. з гэтага вынікае, што:
Улічваючы сіметрыю, мы можам зараз вылічыць:
Розніца фаз прапарцыянальная:
, дзе прапарцыянальная рознасці фаз, пры павароце на :
Было паказана, што з тэорыі эфіру вынікае рознасць, якая паддаецца колькаснай ацэнцы і выяўляецца адпаведнымі сродкамі (інтэрферометр Майкельсана — Морлі (Michelson-Morley)).
Гісторыя
Перадгісторыя
Тэорыя распаўсюджання святла, якая ўключае ў сябе эфір, з’явілася ў XVII стагоддзі. У 1727 годзе англійскі астраном Джэймс Брэдлі патлумачыў праз яе аберацыю святла. Эдуард Кетэлер і Томас Юнг некалькі развілі тэорыю эфіру. У 1868 Хук паставіў вопыт па праверцы тэорыі эфіру на эфекце аберацыі святла ад зямной крыніцы святла. У 1871—1872 гадах Эйры правёў серыю дакладных вопытаў з астранамічнай крыніцай святла, зрабіўшы з іх выснову аб тым, што арбітальны рух Зямлі цалкам захапляе эфір.
Эпоха Майкельсана
Упершыню такі дослед быў пастаўлены Альбертам Майкельсанам на сваім інтэрферометры ў 1881 годзе, з мэтай вымярэння залежнасці скорасці святла ад руху Зямлі адносна эфіру. Пад эфірам тады разумелася асяроддзе, аналагічнае абъёмна размеркаванай матэрыі, у якой святло распаўсюджваецца падобна гукавым ваганням. Вынік эксперыменту, на думку Майкельсана, быў адмоўным — зрушэнні палос не супадаюць па фазе з тэарэтычнымі, а ваганні гэтых зрушэнняў толькі крыху меншыя за тэарэтычныя.
Пазней, у 1887 Майкельсан, сумесна з Морлі, правёў аналагічны, але больш дакладны эксперымент, вядомы як эксперымент Майкельсана-Морлі, і паказаў, што назіранае зрушэнне сапраўды менш тэарэтычнага і, верагодна, менш . У тэорыі незахапляемага эфіру зрушэнне павінна быць прапарцыянальным квадрату скорасці, таму вынікі раўназначныя таму, што адносная скорасць Зямлі ў эфіры менш яе арбітальнай скорасці і несумненна менш Экспериментальные основания теории относительности. С. И. Вавилов. Собрание сочинений, т.~4, АН СССР, М., 1956 г. (pdf, русс.)(Ч.II. Опыты Майкельсона, его повторения и аналоги.).
Вопыты Мілера
На думку прафесара Дэйтана К. Мілера (Кейсаўская школа прыкладных навук):
Можна меркаваць, што эксперымент толькі паказаў, што эфір у канкрэтным падвальным памяшканні захапляецца ў падоўжным кірунку разам з ім. Мы збіраемся таму перамясціць апарат на пагорак, каб паглядзець, ці не выявіцца эфект там.
К. Мілер з прафесарам Морлі сканструявалі інтэрферометр больш адчувальны, чым той, які прымяняўся ў першым эксперыменце, з даўжынёй аптычнага шляху 65,3 м, эквівалентнай прыкладна 130 млн даўжынь хваль. К. Мілер чакаў убачыць зрушэнне ў 1,1 паласы(Conference on the Michelson-Morley experiment. Held at the Mount Wilson Observatory, Pasadena, California, February 4 and 5, 1927) //The Astrophysical Journal. December 1928. Vol. LXVIII, No. 5. P. 341—402.. Восенню 1905 Морлі і Мілер правялі эксперымент на Эўклідавых вышынях ў Кліўлендзе, якія знаходзяцца на вышыні каля 90 м над возерам Эры і каля 265 м вышэй за ўзровень мора. У 1905—1906 гг. было зроблена пяць серый назіранняў, якія далі пэўны станоўчы эфект — каля чаканага дрэйфу(Conference on the Michelson-Morley experiment. Held at the Mount Wilson Observatory, Pasadena, California, February 4 and 5, 1927) //The Astrophysical Journal. December 1928. Vol. LXVIII, No. 5. P. 341—402. Перевод с англ. В. А. Ацюковского и Л. С. Князевой.
У сакавіку 1921 г. методыка і апарат былі некалькі зменены і атрыманы вынік у 10 км/c «эфірнага ветру». Вынікі былі старанна правераны на прадмет магчымай ліквідацыі недахопаў, звязаных з магнітастрыкцыяй і цеплавым выпрамяненнем. Напрамак кручэння апарата не аказваў уплыву на вынік эксперыменту.
Больш познія даследаванні вынікаў, атрыманых Д. Мілерам, паказалі, што флуктуацыі, якія назіраліся ім і інтэрпрэтаваныя як наяўнасць «эфірнага ветру», з’яўляюцца следствам статыстычных памылак і няўліку тэмпературных эфектаў.
Вопыты Кенэдзі
Доктар Рой Кенэдзі (Каліфарнійскі тэхналагічны інстытут) пасля публікацый вынікаў вопыту Морлі-Мілера відазмяняе вопыт з мэтай праверкі. Інтэрферометр змяшчаецца ў металічны герметычны корпус, запоўнены геліем пад ціскам 1 атм. Выкарыстоўваючы прыстасаванне, здольнае адрозніць вельмі малыя зрушэння інтэрферэнцыйнай карціны, стала магчымым скараціць памер плячэй да 4 м. Выкарыстоўвалася палярызаванае святло з мэтай выключыць наколькі магчыма рассейванне святла на люстэрках. Дакладнасць вопыту адпавядала зрушэнню палос на 2×10−3 іх шырыні. На гэтым апараце скорасць 10 км/с, атрыманая Мілерам, давала б зрух, які адпавядае 8×10−3 даўжыні хвалі зялёнага колеру, што ў чатыры разы больш найменшага вызначанага значэння. Эксперымент праводзіўся ў лабараторыі Норман Брыдж, у памяшканні з пастаяннай тэмпературай, у розны час дня. Для праверкі залежнасці скорасці эфірнага ветру ад вышыні мясцовасці вопыты праводзіліся таксама на Маўнт Вілсан ў будынку абсерваторыі. Эфект аказаўся не большым за 1 км/с для эфірнага ветру.
Сучасныя варыянты
У 1958 годзе ў Калумбійскім універсітэце (ЗША) быў праведзены яшчэ больш дакладны эксперымент з выкарыстаннем процінакіраваных прамянёў двух мазераў, які паказаў нязменнасць частаты ад руху Зямлі з дакладнасцю каля 10−9%.
Яшчэ больш дакладныя вымярэнні ў 1974 годзе давялі адчувальнасць да 0,025 м/с. Сучасныя варыянты эксперыменту Майкельсана выкарыстоўваюць аптычныя і крыягенныя мікрахвалевыя рэзанатары і дазваляюць выявіць адхіленне скорасці святла, калі б яно складала некалькі адзінак на 10−18.
Гл. таксама
Гісторыя тэорыі адноснасці
Літаратура
Спасылкі
Физическая энциклопедия, т. 3. — М.: Большая Российская Энциклопедия; стр. 27 и стр. 28 . Г. А. Лоренц. Интерференционный опыт Майкельсона . Из книги "Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern. Leiden, 1895, параграфы 89…92. Об «опыте Майкельсона—Морли» простым языком.
Катэгорыя:Рэлятывісцкія і гравітацыйныя з’явы Катэгорыя:Эксперыменты ў рэлятывісцкай фізіцы Катэгорыя:Тэорыі эфіру