Эксперимент с молотком

Эксперимент Хаммара — эксперимент, разработанный и проведенный Густавом Вильгельмом Хаммаром (1935) для проверки гипотезы сопротивления эфира . Его отрицательный результат опроверг некоторые конкретные модели сопротивления эфира и подтвердил специальную теорию относительности .

Обзор

Такие эксперименты, как эксперимент Майкельсона-Морли 1887 года (а позже и другие эксперименты, такие как эксперимент Траутона-Нобла в 1903 году или эксперимент Траутона-Рэнкина в 1908 году), представили доказательства против теории среды распространения света, известной как светоносный эфир. ; теория, которая в то время была неотъемлемой частью науки на протяжении почти ста лет. Эти результаты поставили под сомнение то, что тогда было центральным предположением современной науки, а позже привело к развитию специальной теории относительности .

В попытке объяснить результаты эксперимента Майкельсона-Морли в контексте предполагаемой среды — эфира — было рассмотрено множество новых гипотез. Одно из предложений заключалось в том, что вместо того, чтобы проходить через статический и неподвижный эфир, массивные объекты, такие как Земля, могут увлекать за собой часть эфира, делая невозможным обнаружение «ветра». Оливер Лодж (1893–1897) был одним из первых, кто проверил эту теорию, используя вращающиеся и массивные свинцовые блоки в эксперименте, в котором пытались вызвать асимметричный эфирный ветер. Его испытания не дали заметных результатов, отличающихся от предыдущих испытаний эфирного ветра.

В 1920-х годах Дейтон Миллер повторил эксперименты Майкельсона-Морли. В конечном итоге он сконструировал аппарат таким образом, чтобы минимизировать массу на пути эксперимента, проведя его на вершине высокого холма в здании, построенном из легких материалов. Он произвел измерения, показывающие суточную дисперсию, предполагающую обнаружение «ветра», который он объяснил отсутствием образования массы, в то время как предыдущие эксперименты проводились со значительной массой вокруг их аппарата.

Эксперимент

Чтобы проверить утверждение Миллера, Хаммар в 1935 году провел следующий эксперимент с использованием интерферометра общего пути .

Используя полупосеребренное зеркало А, он разделил луч белого света на два полулуча. Одну полулучь направляли в поперечном направлении в толстостенную стальную трубу, заканчивающуюся свинцовыми заглушками. В этой трубе луч отражался зеркалом D и направлялся в продольном направлении к другому зеркалу C на другом конце трубы. Там оно отражалось и направлялось в поперечном направлении к зеркалу Б снаружи трубы. Из Б он вернулся в А в продольном направлении. Другой полулуч прошел тот же путь в противоположном направлении.

Топология пути света представляла собой интерферометр Саньяка с нечетным числом отражений. Интерферометры Саньяка обеспечивают превосходный контраст и стабильность полос. а конфигурация с нечетным числом отражений лишь немногим менее устойчива, чем конфигурация с четным числом отражений. (При нечетном числе отражений встречно движущиеся лучи инвертируются в поперечном направлении по отношению друг к другу на большей части пути света, так что топология слегка отклоняется от строго общего пути. ) Относительная невосприимчивость его аппарата к вибрации, механическим нагрузкам и температурным воздействиям позволила Хаммару обнаружить смещение полос всего на 1/10 полосы, несмотря на использование интерферометра на открытом воздухе в открытой среде без контроля температуры.

Подобно эксперименту Лоджа, аппарат Хаммара должен был вызвать асимметрию любого предложенного эфирного ветра. Ожидания Хаммара в отношении результатов заключались в следующем: если аппарат будет расположен перпендикулярно эфирному ветру, оба длинных рукава будут в равной степени подвержены влиянию эфира . Если аппарат будет расположен параллельно эфирному ветру, одна рука будет больше подвержена влиянию эфира, чем другая. Следующие ожидаемые времена распространения встречных лучей были даны Робертсоном / Нунаном:

$t_{1}={\frac {AB}{c+v}}+{\frac {BC+DA}{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}+{\frac {CD}{c-v+\Delta v}}$

$t_{2}={\frac {AB}{c-v}}+{\frac {BC+DA}{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}+{\frac {CD}{c+v-\Delta v}}$

где $\Delta v$ - скорость увлеченного эфира. Это дает ожидаемую разницу во времени:

$\Delta t\simeq {\frac {2l\Delta v}{c^{2}}}$

1 сентября 1934 года Хаммар установил аппарат на вершине высокого холма в двух милях к югу от Москвы, штат Айдахо , и в светлое время суток 1, 2 сентября провел множество наблюдений с аппаратом, повернутым во всех направлениях азимута. 3. Он не увидел смещения интерференционных полос, соответствующего верхнему пределу $\Delta v<0.074$ км/с. Эти результаты считаются доказательством против гипотезы сопротивления эфира, предложенной Миллером.

Последствия для гипотезы сопротивления эфира

Основная статья: Гипотеза сопротивления эфира

Поскольку существовали разные идеи «сопротивления эфира», интерпретацию всех экспериментов с сопротивлением эфира можно осуществлять в контексте каждой версии гипотезы.

1. Отсутствие или частичное увлечение каким-либо объектом с массой. Об этом говорили такие ученые, как Огюстен-Жан Френель и Франсуа Араго . Оно было опровергнуто экспериментом Майкельсона-Морли .
2. Полное увлечение внутри или вблизи всех масс. Оно было опровергнуто аберрацией света , эффектом Саньяка , экспериментами Оливера Лоджа и экспериментом Хаммара.
3. Полное увлечение внутри или вблизи очень больших масс, таких как Земля. Оно было опровергнуто по аберрации света экспериментом Майкельсона -Гейла-Пирсона .