Эксперимент Майкельсона-Гейла-Пирсона

Эксперимент Майкельсона-Гейла-Пирсона (1925 г.) представляет собой модифицированную версию эксперимента Майкельсона-Морли и интерферометра Саньяка . Он измерил эффект Саньяка, вызванный вращением Земли , и таким образом проверил теории специальной теории относительности и светоносного эфира вдоль вращающейся системы Земли .

Эксперимент

Цель, впервые предложенная Альбертом А. Майкельсоном в 1904 году, а затем реализованная в 1925 году Майкельсоном и Генри Г. Гейлом , заключалась в том, чтобы выяснить, влияет ли вращение Земли на распространение света в окрестностях Земли. Земля. Эксперимент Майкельсона-Гейла представлял собой очень большой кольцевой интерферометр (периметр 1,9 километра), достаточно большой, чтобы определить угловую скорость Земли. Как и оригинальный эксперимент Майкельсона-Морли , версия Майкельсона-Гейла-Пирсона сравнивала свет от одного источника (углеродной дуги) после прохождения в двух направлениях. Основное изменение заключалось в замене двух «рук» исходной версии ММ двумя прямоугольниками , один из которых намного больше другого. Свет направлялся в прямоугольники, отражался от зеркал по углам и возвращался в исходную точку. Свет, выходящий из двух прямоугольников, сравнивался на экране так же, как свет, возвращающийся из двух плеч, был бы в стандартном эксперименте с ММ. Ожидаемый сдвиг полос в соответствии со стационарным эфиром и специальной теорией относительности был определен Майкельсоном как:

$\Delta ={\frac {4A\omega \sin \phi }{\lambda c}}$

где $\Delta$ - смещение в полосах, $A$ площадь ринга, $\phi$ широта места проведения эксперимента в Клиринге, штат Иллинойс (41°46'), $c$ скорость света, $\omega$ угловая скорость Земли, $\lambda$ используемая эффективная длина волны. Другими словами, этот эксперимент был направлен на обнаружение эффекта Саньяка, обусловленного вращением Земли.

Результат

Результатом эксперимента стало то, что угловая скорость Земли, измеренная астрономией, была подтверждена с точностью до измерения. Кольцевой интерферометр эксперимента Майкельсона-Гейла не калибровался путем сравнения с внешним эталоном (что было невозможно, поскольку установка была прикреплена к Земле). Из его конструкции можно было сделать вывод, где должна быть центральная интерференционная полоса, если бы сдвиг был нулевым. Измеренный сдвиг составил 230 частей на 1000 с точностью 5 частей на 1000. Прогнозируемый сдвиг составил 237 частей на 1000. По мнению Майкельсона/Гейла, эксперимент совместим как с идеей стационарного эфира, так и со специальной теорией относительности.

Как уже указывал Майкельсон в 1904 г., положительный результат в таких экспериментах противоречит гипотезе полного увлечения эфира , поскольку вращающаяся поверхность Земли испытывает эфирный ветер. Эксперимент Майкельсона-Морли, напротив, показывает, что гипотетический эфир не мог двигаться относительно Земли, то есть при вращении Земли по орбите он должен был бы тащить эфир за собой. Эти два результата сами по себе не являются несовместимыми, но в отсутствие модели, которая могла бы их согласовать, они являются более ситуативными, чем объяснение обоих экспериментов в рамках специальной теории относительности. Этот эксперимент согласуется с теорией относительности по той же причине, что и все другие эксперименты типа Саньяка (см. Эффект Саньяка ). То есть вращение является абсолютным в специальной теории относительности, поскольку не существует инерциальной системы отсчета, в которой все устройство покоится во время полного процесса вращения, поэтому световые пути двух лучей различны во всех этих системах отсчета, следовательно, должен наступить положительный результат. Также возможно определить вращающиеся системы отсчета в специальной теории относительности ( координаты Борна ), но в этих системах скорость света больше не является постоянной в расширенных областях, поэтому и в этой точке зрения должен произойти положительный результат. Сегодня эффекты типа Саньяка, связанные с вращением Земли, регулярно включаются в GPS .