Эксперимент Майкельсона-Морли

Информацию об интерференционных экспериментах с веществом см. в эксперименте Хьюза – Древера .

установка Майкельсона и Морли Интерферометрическая , установленная на каменной плите, плавающей в кольцевой ванне ртути.

Эксперимент Майкельсона-Морли был попыткой измерить движение Земли относительно светоносного эфира . предполагаемая среда, пронизывающая пространство, которая считалась переносчиком световых волн . Эксперимент был проведен в период с апреля по июль 1887 года американскими физиками Альбертом А. Майкельсоном и Эдвардом В. Морли в нынешнем Университете Кейс Вестерн Резерв в Кливленде , штат Огайо, и опубликован в ноябре того же года.

В эксперименте сравнивалась скорость света в перпендикулярных направлениях в попытке обнаружить относительное движение материи, включая их лабораторию, через светоносный эфир, или «эфирный ветер», как его иногда называли. Результат был отрицательным, поскольку Майкельсон и Морли не обнаружили существенной разницы между скоростью света в направлении движения через предполагаемый эфир и скоростью под прямым углом. Этот результат обычно считается первым убедительным доказательством против некоторых теорий эфира , а также началом направления исследований, которые в конечном итоге привели к специальной теории относительности , которая исключает движение против эфира. Об этом эксперименте Альберт Эйнштейн написал: «Если бы эксперимент Майкельсона-Морли не привел нас в серьезное замешательство, никто бы не считал теорию относительности (половинным) искуплением».

Эксперименты типа Майкельсона-Морли повторялись много раз с постоянно возрастающей чувствительностью. К ним относятся эксперименты 1902–1905 годов и серия экспериментов 1920-х годов. Совсем недавно, в 2009 году, эксперименты с оптическим резонатором подтвердили отсутствие эфирного ветра на 10-м уровне. ⁻¹⁷ уровень. Вместе с экспериментами Айвса-Стилуэлла и Кеннеди-Торндайка эксперименты типа Майкельсона-Морли образуют один из фундаментальных тестов специальной теории относительности .

Обнаружение эфира

Физические теории 19-го века предполагали, что так же, как поверхностные водные волны должны иметь поддерживающее вещество, то есть «среду», чтобы двигаться поперек (в данном случае вода), так и слышимый звук требует среды, чтобы передавать свои волновые движения (например, воздух или вода), поэтому свету также необходима среда, « светоносный эфир », чтобы передавать свои волновые движения. Поскольку свет может проходить через вакуум, предполагалось, что даже вакуум должен быть заполнен эфиром. Поскольку скорость света очень велика и материальные тела проходят через эфир без явного трения или сопротивления, предполагалось, что он обладает весьма необычной комбинацией свойств. Разработка экспериментов для исследования этих свойств была главным приоритетом физики XIX века.

Земля вращается вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с (18,64 миль/с) или 108 000 км/ч (67 000 миль в час). Земля находится в движении, поэтому рассматривались две основные возможности: (1) эфир неподвижен и лишь частично увлекается Землей (предложено Огюстеном-Жаном Френелем в 1818 году) или (2) эфир полностью увлекается Землей и, таким образом, разделяет свое движение на поверхности Земли (предложено сэром Джорджем Стоксом, 1-м баронетом в 1844 году). Кроме того, Джеймс Клерк Максвелл (1865) признал электромагнитную природу света и разработал то, что сейчас называется уравнениями Максвелла , но эти уравнения по-прежнему интерпретировались как описывающие движение волн через эфир, состояние движения которого было неизвестно. В конце концов, идея Френеля о (почти) стационарном эфире была отдана предпочтение, поскольку она, по-видимому, была подтверждена экспериментом Физо (1851 г.) и аберрацией звездного света .

Изображение концепции « эфирного ветра ».

Согласно гипотезам стационарного и частично увлечённого эфира, Земля и эфир находятся в относительном движении, а это означает, что должен существовать так называемый «эфирный ветер» (рис. 2). Хотя теоретически было бы возможно, чтобы движение Земли соответствовало движению эфира в определенный момент времени, Земля не могла постоянно оставаться в покое относительно эфира из-за изменения как направление, так и скорость движения. В любой точке земной поверхности сила и направление ветра будут меняться в зависимости от времени суток и сезона. Анализируя скорость возвращения света в разных направлениях в разное время, считалось возможным измерить движение Земли относительно эфира. Ожидаемая относительная разница в измеренной скорости света была весьма небольшой, учитывая, что скорость Земли на ее орбите вокруг Солнца имеет величину около одной сотой процента скорости света.

В середине XIX века считалось возможным измерение эффектов эфирного ветра первого порядка, то есть эффектов, пропорциональных v / c ( v — скорость Земли, c — скорость света), но прямых измерений скорости не было. свет был возможен с требуемой точностью. Например, колесо Физо могло измерять скорость света с точностью примерно 5%, что было совершенно недостаточно для непосредственного измерения изменения скорости света первого порядка на 0,01%. Поэтому ряд физиков пытались измерить косвенные эффекты первого порядка не самой скорости света, а изменений скорости света (см. Эксперименты по дрейфу эфира первого порядка ). Эксперимент Хука , например, был предназначен для обнаружения смещения интерферометрических полос из -за разницы в скорости противоположно распространяющихся световых волн через неподвижную воду. Результаты таких экспериментов все были отрицательными. Это можно объяснить, используя коэффициент сопротивления Френеля , согласно которому эфир и, следовательно, свет частично увлекаются движущейся материей. Частичное увлечение эфира помешало бы попыткам измерить любое изменение скорости света первого порядка. Как указывал Максвелл (1878), только экспериментальные установки, способные измерять эффекты второго порядка, могли бы иметь хоть какую-то надежду обнаружить дрейф эфира, т. е. эффекты, пропорциональные v. ² / с ² . Однако существующие экспериментальные установки не были достаточно чувствительными, чтобы измерить эффекты такого размера.

1881 и

Майкельсона (1881

Майкельсона 1881 года Интерферометр . Хотя в конечном итоге он оказался неспособным различать различные теории увлечения эфиром , его конструкция послужила важным уроком для конструкции инструмента Майкельсона и Морли 1887 года.

У Майкельсона было решение проблемы: как сконструировать устройство, достаточно точное для обнаружения потока эфира. В 1877 году, преподавая в своей альма-матер, Военно-морской академии США в Аннаполисе, Майкельсон провел свои первые известные эксперименты со скоростью света в рамках демонстрации в классе. В 1881 году он оставил действительную военно-морскую службу США, завершая учебу в Германии. В том же году Майкельсон использовал прототип экспериментального устройства, чтобы провести еще несколько измерений.

Спроектированное им устройство, позже известное как интерферометр Майкельсона , посылало желтый свет от натриевого пламени (для выравнивания) или белый свет (для реальных наблюдений) через полупосеребренное зеркало , которое использовалось для разделения его на два движущихся луча. под прямым углом друг к другу. Покинув делитель, лучи направлялись к концам длинных плеч, где отражались обратно в середину маленькими зеркалами. Затем они рекомбинировались на дальней стороне светоделителя в окуляре, создавая картину конструктивной и деструктивной интерференции , поперечное смещение которой будет зависеть от относительного времени, которое требуется свету для прохождения продольного и поперечного плеч. Если Земля движется через эфирную среду, световому лучу, идущему параллельно потоку этого эфира, потребуется больше времени, чтобы отразиться вперед и назад, чем лучу, идущему перпендикулярно эфиру, потому что увеличение прошедшего времени при движении против эфира ветер — это больше, чем время, сэкономленное при путешествии с эфирным ветром. Майкельсон ожидал, что движение Земли приведет к сдвиг полос, равный 0,04 полосы, то есть расстояние между областями одинаковой интенсивности. Он не заметил ожидаемого сдвига; наибольшее среднее отклонение, которое он измерил (в северо-западном направлении), составило всего 0,018 полосы; большинство его измерений были намного меньше. Его вывод заключался в том, что гипотезу Френеля о стационарном эфире с частичным увлечением эфира следует отвергнуть, и таким образом он подтвердил гипотезу Стокса о полном увлечении эфира.

Однако Альфред Потье (а позже Хендрик Лоренц ) указал Майкельсону, что он допустил ошибку в расчетах и ​​что ожидаемый сдвиг полосы должен был составлять всего 0,02 полосы. Аппарат Майкельсона допускал слишком большие экспериментальные ошибки, чтобы можно было сказать что-либо убедительное об эфирном ветре. Для окончательного измерения эфирного ветра потребуется эксперимент с большей точностью и лучшим контролем, чем первоначальный. Тем не менее, прототип успешно продемонстрировал работоспособность базового метода.

Майкельсона-Морли (1887

На этой диаграмме показан свернутый световой путь, используемый в интерферометре Майкельсона-Морли, который обеспечивает длину пути 11 м. а — источник света — масляная лампа . б — светоделитель . c представляет собой компенсирующую пластину, позволяющую как отраженным, так и прошедшим лучам проходить через одинаковое количество стекла (важно, поскольку эксперименты проводились с белым светом, который имеет чрезвычайно короткую длину когерентности , требующую точного согласования длин оптических путей, чтобы полосы были видны; монохроматический натриевый свет использовался только для первоначального выравнивания ). d , d' и e — зеркала. e’ — зеркало точной регулировки. — е телескоп .

В 1885 году Майкельсон начал сотрудничество с Эдвардом Морли , потратив немало времени и денег на подтверждение с большей точностью эксперимента Физо 1851 года по коэффициенту сопротивления Френеля. чтобы улучшить эксперимент Майкельсона 1881 года, и установить длину волны света как стандарт длины . В это время Майкельсон был профессором физики в Кейс-школе прикладных наук, а Морли был профессором химии в Западном резервном университете (WRU), который делил кампус с Кейс-школой на восточной окраине Кливленда. В сентябре 1885 года у Майкельсона случился кризис психического здоровья, от которого он выздоровел к октябрю 1885 года. Морли объяснил этот срыв напряженной работой Майкельсона во время подготовки экспериментов. В 1886 году Майкельсон и Морли успешно подтвердили коэффициент сопротивления Френеля – этот результат также рассматривался как подтверждение концепции стационарного эфира.

Этот результат укрепил их надежду найти эфирный ветер. Майкельсон и Морли создали улучшенную версию эксперимента Майкельсона с более чем достаточной точностью, чтобы обнаружить этот гипотетический эффект. Эксперимент проводился в несколько периодов концентрированных наблюдений с апреля по июль 1887 года в подвале общежития Адельберта WRU (позже переименованного в Пирс-холл, снесенного в 1962 году).

Как показано на диаграмме справа, свет неоднократно отражался вперед и назад вдоль плеч интерферометра, увеличивая длину пути до 11 м (36 футов). При такой длине дрейф составит около 0,4 полосы. Чтобы это было легко обнаружить, аппарат собрали в закрытом помещении в подвале тяжелого каменного общежития, исключив большинство тепловых и вибрационных воздействий. Вибрации были дополнительно уменьшены за счет установки аппарата на вершине большого куска песчаника (рис. 1), толщиной около фута и квадрата в пять футов (1,5 м), который затем был помещен в круглую ванну со ртутью. По их оценкам, можно будет обнаружить эффекты примерно в 0,01 полосы.

Рисунок бахромы, полученный с помощью интерферометра Майкельсона в белом свете . Как настроено здесь, центральная полоса белая, а не черная.

Майкельсон, Морли и другие первые экспериментаторы, использовавшие интерферометрические методы в попытке измерить свойства светоносного эфира, использовали (частично) монохроматический свет только для первоначальной настройки своего оборудования, всегда переключаясь на белый свет для реальных измерений. Причина в том, что измерения фиксировались визуально. Чисто монохроматический свет приведет к однородному рисунку бахромы. Не имея современных средств контроля температуры окружающей среды , экспериментаторы боролись с постоянным дрейфом полос, даже когда интерферометр был установлен в подвале. Поскольку полосы иногда исчезали из-за вибраций, вызванных проезжающим мимо транспортом, грозой и т.п., наблюдатель мог легко «заблудиться», когда полосы снова стали видимыми. Преимущества белого света, который создавал характерный цветной узор полос, намного перевешивали трудности настройки аппарата из-за его низкой длины когерентности . Как писал Дейтон Миллер : «Для наблюдений были выбраны полосы белого света, потому что они состоят из небольшой группы полос, имеющих центральную, четко очерченную черную полосу, которая образует постоянную нулевую отметку для всех показаний». Использование частично монохроматического света (желтого натриевого света) во время первоначального выравнивания позволило исследователям более или менее легко определить положение равной длины пути, прежде чем переключиться на белый свет.

Ртутный желоб позволял устройству вращаться практически с нулевым трением, так что, дав блоку песчаника один толчок, он медленно вращался во всем диапазоне возможных углов к «эфирному ветру», в то время как за измерениями постоянно наблюдали, глядя через окуляр. Гипотеза дрейфа эфира предполагает, что, поскольку одно из рукавов неизбежно поворачивалось бы в направлении ветра в то же время, когда другое плечо поворачивалось перпендикулярно ветру, эффект должен быть заметен даже в течение нескольких минут.

Ожидалось, что эффект будет представлен в виде синусоидальной волны с двумя пиками и двумя впадинами на каждый оборот устройства. Такого результата можно было ожидать, поскольку во время каждого полного оборота каждое плечо будет дважды параллельно ветру (по направлению к ветру и от него, что дает одинаковые показания) и дважды перпендикулярно ветру. Кроме того, из-за вращения Земли можно ожидать, что ветер будет периодически менять направление и величину в течение звездного дня .

Из-за движения Земли вокруг Солнца ожидалось, что измеренные данные также покажут годовые изменения.

Самый известный «неудавшийся» эксперимент

Результаты Майкельсона и Морли. Верхняя сплошная линия — кривая их наблюдений в полдень, нижняя сплошная линия — вечерних наблюдений. Обратите внимание, что теоретические кривые и наблюдаемые кривые построены не в одном масштабе: пунктирные кривые фактически представляют лишь одну восьмую теоретических смещений.

После всех этих размышлений и подготовки эксперимент стал тем, что было названо самым известным неудачным экспериментом в истории. Вместо того, чтобы дать представление о свойствах эфира, статья Майкельсона и Морли в Американском журнале науки сообщила, что измерение составляет всего лишь одну сороковую ожидаемого смещения (рис. 7), но «поскольку смещение пропорционально квадрат скорости» они пришли к выводу, что измеренная скорость «вероятно меньше одной шестой» ожидаемой скорости движения Земли по орбите и «определенно меньше одной четверти». Хотя эта небольшая «скорость» была измерена, она была сочтена слишком маленькой, чтобы ее можно было использовать в качестве доказательства скорости относительно эфира, и считалось, что она находится в пределах экспериментальной ошибки, которая позволяла скорости фактически равняться нулю. Например, Майкельсон писал о «решительно отрицательном результате» в письме лорду Рэлею в августе 1887 года:

Эксперименты по относительному движению Земли и эфира завершены, и результат явно отрицательный. Ожидаемое отклонение интерференционных полос от нуля должно было составить 0,40 полосы – максимальное смещение было 0,02, а среднее гораздо меньше 0,01 – и то не в том месте. Поскольку смещение пропорционально квадратам относительных скоростей, из этого следует, что если эфир действительно проскользнет мимо, относительная скорость будет меньше одной шестой скорости Земли.

- Альберт Абрахам Майкельсон, 1887 г.

С точки зрения существовавших на тот момент моделей эфира, экспериментальные результаты были противоречивыми. Эксперимент Физо и его повторение в 1886 году Майкельсоном и Морли, по-видимому, подтвердили существование стационарного эфира с частичным увлечением эфира и опровергли полное увлечение эфира. С другой стороны, гораздо более точный эксперимент Майкельсона-Морли (1887 г.), по-видимому, подтвердил полное увлечение эфира и опроверг идею стационарного эфира. Кроме того, нулевой результат Майкельсона-Морли был дополнительно подтвержден нулевыми результатами других экспериментов второго порядка разного типа, а именно эксперимента Траутона-Ноубла (1903 г.) и экспериментов Рэлея и Брейса (1902–1904 г.). Эти проблемы и их решение привели к развитию преобразования Лоренца и специальной теории относительности .

После «неудачного» эксперимента Майкельсон и Морли прекратили измерения эфирного дрейфа и начали использовать свою недавно разработанную технику для установления длины волны света в качестве стандарта длины .

Анализ пути

Наблюдатель отдыхает в эфире

Ожидаемый дифференциальный фазовый сдвиг между светом, распространяющимся в продольном и поперечном плечах аппарата Майкельсона-Морли.

Время прохождения луча в продольном направлении можно определить следующим образом: Свет исходит от источника и распространяется со скоростью света. ${\textstyle c}$ в эфире. Он проходит через полупосеребренное зеркало в начале координат в точке ${\textstyle T=0}$. Отражающее зеркало находится в этот момент на расстоянии ${\textstyle L}$ (длина плеча интерферометра) и движется со скоростью ${\textstyle v}$. Луч попадает в зеркало вовремя ${\textstyle T_{1}}$ и таким образом преодолевает расстояние ${\textstyle cT_{1}}$. За это время зеркало преодолело расстояние ${\textstyle vT_{1}}$. Таким образом ${\textstyle cT_{1}=L+vT_{1}}$ и, следовательно, время в пути ${\textstyle T_{1}=L/(c-v)}$. То же самое относится и к обратному путешествию со знаком ${\textstyle v}$ перевернутый, в результате чего ${\textstyle cT_{2}=L-vT_{2}}$ и ${\textstyle T_{2}=L/(c+v)}$. Общее время в пути ${\textstyle T_{\ell }=T_{1}+T_{2}}$ является:

$T_{\ell }={\frac {L}{c-v}}+{\frac {L}{c+v}}={\frac {2L}{c}}{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}\approx {\frac {2L}{c}}\left(1+{\frac {v^{2}}{c^{2}}}\right)$

Майкельсон правильно получил это выражение в 1881 году, однако в поперечном направлении он получил неправильное выражение

$T_{t}={\frac {2L}{c}},$

потому что он упустил из виду увеличение длины пути в системе покоя эфира. Это было исправлено Альфредом Потье (1882 г.) и Хендриком Лоренцем (1886 г.). Вывод в поперечном направлении можно дать следующим образом (аналогично выводу замедления времени с помощью световых часов ): Луч распространяется со скоростью света. ${\textstyle c}$ и вовремя ударяется о зеркало ${\textstyle T_{3}}$, преодолевая расстояние ${\textstyle cT_{3}}$. При этом зеркало прошло расстояние ${\textstyle vT_{3}}$ в направлении х . Таким образом, чтобы попасть в зеркало, путь луча будет равен ${\textstyle L}$ в направлении y (при условии, что плечи одинаковой длины) и ${\textstyle vT_{3}}$ в направлении х . Этот наклонный путь движения следует из преобразования системы покоя интерферометра в систему покоя эфира. Следовательно, теорема Пифагора дает фактическое расстояние прохождения луча ${\textstyle {\sqrt {L^{2}+\left(vT_{3}\right)^{2}}}}$. Таким образом ${\textstyle cT_{3}={\sqrt {L^{2}+\left(vT_{3}\right)^{2}}}}$ и, следовательно, время в пути ${\textstyle T_{3}=L/{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}$, что то же самое для обратного пути. Общее время в пути ${\textstyle T_{t}=2T_{3}}$ является:

$T_{t}={\frac {2L}{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}={\frac {2L}{c}}{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\approx {\frac {2L}{c}}\left(1+{\frac {v^{2}}{2c^{2}}}\right)$

Разница во времени между $T_{\ell }$ и $T_{t}$ дается

$T_{\ell }-T_{t}={\frac {2L}{c}}\left({\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}-{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)$

Чтобы найти разницу путей, просто умножьте на $c$;

$\Delta {\lambda }_{1}=2L\left({\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}-{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)$

Разность путей обозначается $\Delta \lambda$ потому что лучи сдвинуты по фазе на некоторое количество длин волн ( $\lambda$). Чтобы визуализировать это, рассмотрите возможность прохождения двух лучей вдоль продольной и поперечной плоскостей и расположите их прямо (анимация этого процесса показана на минуте 11:00, «Механическая вселенная», эпизод 41). ). Один путь будет длиннее другого, это расстояние равно $\Delta \lambda$. В качестве альтернативы рассмотрим перестановку формулы скорости света $c{\Delta }T=\Delta \lambda$ .

Если отношение ${v^{2}}/{c^{2}}<<1$ верно (если скорость эфира мала по сравнению со скоростью света), то выражение можно упростить, используя биномиальное разложение первого порядка;

$(1-x)^{n}\approx {1-nx}$

Итак, переписав вышеизложенное с точки зрения полномочий;

$\Delta {\lambda }_{1}=2L\left(\left({1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}\right)^{-1}-\left(1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}\right)^{-1/2}\right)$

Применение биномиального упрощения;

$\Delta {\lambda }_{1}=2L\left((1+{\frac {v^{2}}{c^{2}}})-(1+{\frac {v^{2}}{2c^{2}}})\right)={2L}{\frac {v^{2}}{2c^{2}}}$

Поэтому;

$\Delta {\lambda }_{1}={L}{\frac {v^{2}}{c^{2}}}$

Из этого вывода можно видеть, что эфирный ветер проявляется как разность путей. Разность хода равна нулю только тогда, когда интерферометр ориентирован по направлению эфирного ветра или перпендикулярен ему, и достигает максимума, когда он находится под углом 45 °. Разность хода может составлять любую долю длины волны, в зависимости от угла и скорости эфирного ветра.

Чтобы доказать существование эфира, Майкельсон и Морли стремились найти «сдвиг границ». Идея была проста: полосы интерференционной картины должны смещаться при повороте ее на 90°, поскольку два луча поменялись ролями. Чтобы найти сдвиг полосы, вычтите разность хода в первой ориентации на разность хода во второй, а затем разделите на длину волны : $\lambda$, света;

$n={\frac {\Delta \lambda _{1}-\Delta \lambda _{2}}{\lambda }}\approx {\frac {2Lv^{2}}{\lambda c^{2}}}.$

Обратите внимание на разницу между $\Delta \lambda$, что представляет собой некоторое количество длин волн, и $\lambda$ что представляет собой одну длину волны. Как видно из этого соотношения, сдвиг полосы n является безразмерной величиной.

Поскольку L ≈ 11 метров и λ ≈ 500 нанометров , ожидаемый сдвиг полосы составил n ≈ 0,44. Отрицательный результат привел Майкельсона к выводу, что измеримого эфирного дрейфа не существует. Однако он так и не принял этого на личном уровне, и отрицательный результат преследовал его до конца жизни.

с интерферометром

Если та же ситуация описана с точки зрения наблюдателя, движущегося вместе с интерферометром, то эффект эфирного ветра аналогичен эффекту, который испытывает пловец, который пытается двигаться со скоростью ${\textstyle c}$ против реки, текущей со скоростью ${\textstyle v}$.

В продольном направлении пловец сначала движется против течения, поэтому его скорость уменьшается из-за течения реки к ${\textstyle c-v}$. На обратном пути, двигаясь вниз по течению, его скорость увеличивается до ${\textstyle c+v}$. Это дает время прохождения луча ${\textstyle T_{1}}$ и ${\textstyle T_{2}}$ как упоминалось выше.

В поперечном направлении пловец должен компенсировать течение реки, двигаясь под определенным углом против направления потока, чтобы сохранить точное поперечное направление движения и достичь другого берега реки в правильном месте. Это снижает его скорость до ${\textstyle {\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}$, и дает время прохождения луча ${\textstyle T_{3}}$ как упоминалось выше.

Зеркальное отражение

Классический анализ предсказал относительный сдвиг фаз между продольным и поперечным лучами, который в аппарате Майкельсона и Морли должен был быть легко измерен. Что не часто осознается (поскольку не было средств для его измерения), так это то, что движение через гипотетический эфир также должно было привести к расхождению двух лучей, когда они выходили из интерферометра примерно на 10 градусов. ⁻⁸ радианы.

Для движущегося аппарата классический анализ требует, чтобы светоделительное зеркало было слегка смещено от точного угла в 45 °, чтобы продольный и поперечный лучи выходили из аппарата точно друг на друга. В релятивистском анализе лоренц-сужение светоделителя в направлении движения заставляет его становиться более перпендикулярным ровно на величину, необходимую для компенсации углового несоответствия двух лучей.

Сокращение длины

Дополнительная информация: История специальной теории относительности и история преобразований Лоренца.

Первый шаг к объяснению нулевого результата эксперимента Майкельсона и Морли был найден в гипотезе сокращения Фитцджеральда-Лоренца , теперь называемой просто сокращением длины или сокращением Лоренца, впервые предложенной Джорджем Фитцджеральдом (1889) в письме в тот же журнал, который опубликовал теорию Майкельсона. Статья Морли, как «почти единственная гипотеза, способная примирить» кажущиеся противоречия. Независимо также было предложено Хендриком Лоренцем (1892). Согласно этому закону, все объекты физически сжимаются на ${\textstyle L/\gamma }$ вдоль линии движения (первоначально считалось относительно эфира), ${\textstyle \gamma =1/{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$ является фактором Лоренца . Эта гипотеза была частично мотивирована открытием Оливера Хевисайда в 1888 году, что электростатические поля сжимаются по линии движения. Но поскольку в то время не было оснований предполагать, что силы связи в материи имеют электрическое происхождение, сокращение длины движущейся материи относительно эфира считалось гипотезой ad hoc .

Если сокращение длины ${\textstyle L}$ подставляется в приведенную выше формулу для ${\textstyle T_{\ell }}$, то время распространения света в продольном направлении становится равным времени распространения света в поперечном направлении:

$T_{\ell }={\frac {2L{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}{c}}{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}={\frac {2L}{c}}{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}=T_{t}$

Однако сокращение длины является лишь частным случаем более общего соотношения, согласно которому поперечная длина больше продольной в соотношении ${\textstyle \gamma }$. Этого можно достичь разными способами. Если ${\textstyle L_{1}}$ - движущаяся продольная длина и ${\textstyle L_{2}}$ подвижная поперечная длина, ${\textstyle L'_{1}=L'_{2}}$ если остальные длины, то оно равно:

${\frac {L_{2}}{L_{1}}}={\frac {L'_{2}}{\varphi }}\left/{\frac {L'_{1}}{\gamma \varphi }}\right.=\gamma .$

${\textstyle \varphi }$ может быть выбрано произвольно, поэтому существует бесконечно много комбинаций, объясняющих нулевой результат Майкельсона – Морли. Например, если ${\textstyle \varphi =1}$ релятивистское значение сокращения длины ${\textstyle L_{1}}$ происходит, но если ${\textstyle \varphi =1/\gamma }$ тогда не сокращение длины, а удлинение ${\textstyle L_{2}}$ происходит. Эта гипотеза была позже расширена Джозефом Лармором (1897), Лоренцем (1904) и Анри Пуанкаре (1905), которые разработали полное преобразование Лоренца, включая замедление времени , чтобы объяснить эксперимент Траутона-Нобла , эксперименты Рэлея и Брейса и Опыты Кауфмана . Он имеет форму

$x'=\gamma \varphi (x-vt),\ y'=\varphi y,\ z'=\varphi z,\ t'=\gamma \varphi \left(t-{\frac {vx}{c^{2}}}\right)$

Осталось определить стоимость ${\textstyle \varphi }$, которая, как показал Лоренц (1904), равна единице. Вообще Пуанкаре (1905) продемонстрировал, что только ${\textstyle \varphi =1}$ позволяет этому преобразованию сформировать группу , поэтому это единственный выбор, совместимый с принципом относительности , то есть делающий неподвижный эфир необнаружимым. Учитывая это, сокращение длины и замедление времени получают свои точные релятивистские значения.

Специальная теория относительности

Альберт Эйнштейн теорию сформулировал специальную относительности к 1905 году, выведя преобразование Лоренца и, следовательно, сокращение длины и замедление времени из постулата относительности и постоянства скорости света, тем самым устранив специальный характер из гипотезы сжатия. Эйнштейн подчеркнул кинематическую основу теории и модификацию понятия пространства и времени, при этом стационарный эфир больше не играл никакой роли в его теории. Он также указал на групповой характер трансформации. Эйнштейн руководствовался теорией электромагнетизма Максвелла (в той форме, в которой она была дана Лоренцем в 1895 году) и отсутствием доказательств существования светоносного эфира .

Это позволяет более элегантно и интуитивно объяснить нулевой результат Майкельсона-Морли. В сопутствующей системе отсчета нулевой результат очевиден, поскольку в соответствии с принципом относительности аппарат можно считать покоящимся, поэтому время прохождения луча одинаково. В системе отсчета, относительно которой движется аппарат, применяются те же рассуждения, что описаны выше в разделе «Сокращение длины и преобразование Лоренца», за исключением того, что слово «эфир» необходимо заменить на «неподвижная инерциальная система отсчета». Эйнштейн писал в 1916 году:

Хотя предполагаемая разница между этими двумя значениями времени чрезвычайно мала, Майкельсон и Морли провели эксперимент с интерференцией, в котором эта разница должна была быть четко обнаружена. Но эксперимент дал отрицательный результат — факт, весьма озадачивший физиков. Лоренц и Фитцджеральд избавили теорию от этой трудности, предположив, что движение тела относительно эфира вызывает сокращение тела в направлении движения, причем величина сжатия достаточна как раз для компенсации упомянутой выше разницы во времени. Сравнение с обсуждением в разделе 11 показывает, что и с точки зрения теории относительности это решение затруднения было правильным. Но на основе теории относительности метод интерпретации несравненно более удовлетворительен. Согласно этой теории, не существует такой вещи, как «особенно предпочтительная» (уникальная) система координат, вызывающая появление идеи эфира, и, следовательно, не может быть ни эфирного дрейфа, ни какого-либо эксперимента, с помощью которого можно было бы его продемонстрировать. . Здесь сжатие движущихся тел следует из двух основных положений теории, без введения частных гипотез; и в качестве основного фактора, участвующего в этом сжатии, мы находим не движение само по себе, которому мы не можем придать никакого значения, а движение относительно тела отсчета, выбранного в данном конкретном случае. Так, для системы координат, движущейся вместе с Землей, зеркальная система Майкельсона и Морли не укорачивается, а укорачивается для системы координат, покоящейся относительно Солнца.

- Альберт Эйнштейн, 1916 г.

Степень, в которой нулевой результат эксперимента Майкельсона-Морли повлиял на Эйнштейна, оспаривается. Ссылаясь на некоторые высказывания Эйнштейна, многие историки утверждают, что они не сыграли существенной роли на его пути к специальной теории относительности. тогда как другие высказывания Эйнштейна, вероятно, позволяют предположить, что он находился под его влиянием. В любом случае нулевой результат эксперимента Майкельсона-Морли помог идее постоянства скорости света получить широкое и быстрое признание.

Позже это было показано Говардом Перси Робертсоном (1949) и другими. (см. теорию испытаний Робертсона-Мансури-Сексла ), что преобразование Лоренца можно полностью вывести из комбинации трех экспериментов. Во-первых, эксперимент Майкельсона-Морли показал, что скорость света не зависит от ориентации аппарата, установив связь между продольной (β) и поперечной (δ) длинами. Затем, в 1932 году, Рой Кеннеди и Эдвард Торндайк модифицировали эксперимент Майкельсона-Морли, сделав длины пути разделенного луча неравными, при этом одно плечо стало очень коротким. Эксперимент Кеннеди-Торндайка длился много месяцев, пока Земля вращалась вокруг Солнца. Их отрицательный результат показал, что скорость света не зависит от скорости аппарата в различных инерциальных системах отсчета. Кроме того, было установлено, что кроме изменений длины должны происходить и соответствующие изменения времени, т. е. установлена ​​связь между продольными длинами (β) и изменениями времени (α). Таким образом, оба эксперимента не дают индивидуальных значений этих величин. Эта неопределенность соответствует неопределенному коэффициенту ${\textstyle \varphi }$ как описано выше. По теоретическим соображениям ( групповой характер преобразования Лоренца, как того требует принцип относительности) было ясно, что отдельные величины сокращения длины и замедления времени должны принять свою точную релятивистскую форму. Но прямое измерение одной из этих величин все же было желательно для подтверждения теоретических результатов. Это было достигнуто с помощью эксперимента Айвса-Стилуэлла (1938 г.), измерявшего α в соответствии с замедлением времени. Объединение этого значения для α с нулевым результатом Кеннеди – Торндайка показывает, что β должно принять значение релятивистского сокращения длины. Объединение β с нулевым результатом Майкельсона – Морли показывает, что δ должно быть равно нулю. Следовательно, преобразование Лоренца с ${\textstyle \varphi =1}$ является неизбежным следствием комбинации этих трех экспериментов.

Специальная теория относительности обычно считается решением всех измерений отрицательного дрейфа эфира (или изотропии скорости света), включая нулевой результат Майкельсона-Морли. Многие высокоточные измерения были проведены в качестве тестов специальной теории относительности и современных поисков нарушения Лоренца в секторе фотонов , электронов , нуклонов или нейтрино , и все они подтверждают теорию относительности.

Неправильные альтернативы

Как уже говорилось выше, Майкельсон первоначально полагал, что его эксперимент подтвердит теорию Стокса, согласно которой эфир полностью утягивался в окрестности Земли (см. Гипотеза увлечения эфира ). Однако полное сопротивление эфира противоречит наблюдаемой аберрации света , а также противоречит другим экспериментам. Кроме того, Лоренц в 1886 году показал, что попытка Стокса объяснить аберрацию противоречива.

Более того, предположение о том, что эфир не переносится поблизости, а только внутри материи, было очень проблематичным, как показал эксперимент Хаммара (1935). Хаммар направил одно плечо своего интерферометра через тяжелую металлическую трубу, заткнутую свинцом. Если бы эфир тянулся за счет массы, предполагалось, что массы запечатанной металлической трубы было бы достаточно, чтобы вызвать видимый эффект. И снова никакого эффекта замечено не было, поэтому теории сопротивления эфира считаются опровергнутыми.

Вальтера Ритца ( Теория эмиссии или баллистическая теория) также соответствовала результатам эксперимента, не требующего эфира. Теория постулирует, что свет всегда имеет одинаковую скорость относительно источника. Однако де Ситтер отметил, что теория излучателей предсказала несколько оптических эффектов, которые не наблюдались при наблюдениях двойных звезд, в которых свет от двух звезд можно было измерить с помощью спектрометра . Если бы теория излучения была верна, свет звезд должен был бы испытывать необычное смещение полос из-за того, что скорость звезд добавляется к скорости света, но такого эффекта нельзя было увидеть. Позже Дж. Фокс показал , что первоначальные эксперименты де Ситтера были ошибочными из-за вымирания видов . но в 1977 году Брехер наблюдал рентгеновские лучи от двойных звездных систем с аналогичными нулевыми результатами. Более того, Филиппас и Фокс (1964) провели испытания на ускорителе земных частиц , специально разработанные для устранения более раннего возражения Фокса о «вымирании», но результаты оказались несовместимыми с зависимостью скорости света от источника.

Последующие эксперименты

Моделирование уточнения Кеннеди/Иллингворта эксперимента Майкельсона-Морли. (а) Интерференционная картина Майкельсона-Морли в монохроматическом ртутном свете с темной полосой , точно центрированной на экране. (б) Полосы сдвинуты влево на 1/100 расстояния между полосами. Крайне сложно увидеть какую-либо разницу между этой цифрой и приведенной выше. (c) Небольшая ступенька в одном зеркале приводит к тому, что два изображения одних и тех же полос располагаются на расстоянии 1/20 расстояния между полосами слева и справа от ступеньки. (d) Телескоп настроен так, чтобы видеть только центральную темную полосу вокруг ступеньки зеркала. Обратите внимание на симметричное просветление вокруг центральной линии. (д) Два набора полос сдвинуты влево на 1/100 расстояния между полосами. На ступеньке виден резкий скачок яркости.

Хотя Майкельсон и Морли после своей первой публикации в 1887 году продолжили различные эксперименты, оба продолжали активно работать в этой области. Другие версии эксперимента проводились с возрастающей сложностью. Морли не был уверен в своих собственных результатах и ​​продолжал проводить дополнительные эксперименты с Дейтоном Миллером с 1902 по 1904 год. И снова результат был отрицательным в пределах погрешности.

Миллер работал над интерферометрами все большего размера, кульминацией которых стал интерферометр с эффективной длиной плеча 32 метра (105 футов), который он опробовал на различных объектах, в том числе на вершине горы в обсерватории Маунт-Вилсон . Чтобы избежать возможности блокирования эфирного ветра твердыми стенами, его наблюдения на вершине горы использовали специальный навес с тонкими стенами, в основном из брезента. Из зашумленных, нерегулярных данных он последовательно извлекал небольшой положительный сигнал, который менялся при каждом вращении устройства, в зависимости от звездного дня и на ежегодной основе. Его измерения в 1920-х годах составили примерно 10 км/с (6,2 миль/с) вместо почти 30 км/с (18,6 миль/с), ожидаемых только от орбитального движения Земли. Он по-прежнему был убежден, что это произошло из-за частичного увлечения или увлечения эфира , хотя и не пытался дать подробное объяснение. Он игнорировал критику, демонстрирующую противоречивость его результатов и опровержение экспериментом Хаммара . Результаты Миллера в то время считались важными и обсуждались Майкельсоном, Лоренцем и другими на встрече, о которой сообщалось в 1928 году. Было общее мнение, что для проверки результатов Миллера необходимы дополнительные эксперименты. Позже Миллер построил немагнитное устройство для устранения магнитострикции , а Майкельсон построил устройство из нерасширяющегося инвара , чтобы устранить любые оставшиеся тепловые эффекты. Другие экспериментаторы со всего мира повысили точность, устранили возможные побочные эффекты или и то, и другое. До сих пор никому не удалось повторить результаты Миллера, а точность современных экспериментов исключила их. Робертс (2006) отметил, что примитивные методы обработки данных, использованные Миллером и другими ранними экспериментаторами, включая Майкельсона и Морли, были способны создавать очевидные периодические сигналы, даже если в реальных данных их не существовало. После повторного анализа исходных данных Миллера с использованием современных методов количественного анализа ошибок Робертс обнаружил, что очевидные сигналы Миллера статистически незначимы.

Используя специальную оптическую схему с шагом волны 1/20 в одном зеркале, Рой Дж. Кеннеди (1926) и К. К. Иллингворт (1927) (рис. 8) превратили задачу обнаружения смещения полос из относительно нечувствительной задачи оценки их латерального смещается к значительно более чувствительной задаче регулировки интенсивности света по обе стороны от резкой границы для достижения одинаковой яркости. Если бы они наблюдали неравномерное освещение по обе стороны ступеньки, как, например, на рис. 8e, они добавляли или удаляли калиброванные гири из интерферометра до тех пор, пока обе стороны ступеньки снова не были равномерно освещены, как на рис. 8d. Количество добавленных или удаленных грузов служило мерой сдвига полосы. Различные наблюдатели могли обнаружить изменения всего лишь от 1/1500 до 1/300 полосы. Кеннеди также провел эксперимент на горе Вилсон, обнаружив лишь около 1/10 дрейфа, измеренного Миллером, и никаких сезонных эффектов.

В 1930 году Георг Йоос провел эксперимент с использованием автоматического интерферометра с плечами длиной 21 метр (69 футов), выкованными из прессованного кварца с очень низким коэффициентом теплового расширения, который позволил непрерывно делать фотографические записи полос за десятки оборотов. аппарат. На фотопластинках можно было измерить смещения на 1/1000 полосы. Никаких периодических смещений полос обнаружено не было, что ставит верхний предел эфирного ветра в 1,5 км/с (0,93 мили/с).

В таблице ниже ожидаемые значения относятся к относительной скорости между Землей и Солнцем, равной 30 км/с (18,6 миль/с). Что касается скорости Солнечной системы вокруг галактического центра около 220 км/с (140 миль/с) или скорости Солнечной системы относительно системы покоя реликтового излучения около 370 км/с (230 миль/с ), нулевые результаты этих экспериментов еще более очевидны.

Имя	Расположение	Год	Длина руки (метры)	Ожидается сдвиг границ	Измерено смещение полосы	Соотношение	Верхний предел эфира	Экспериментальное разрешение	Нулевой результат
Майкельсон	Потсдам	1881	1.2	0.04	≤ 0.02	2	~ 20 км/с	0.02	$\approx$ да
Майкельсон и Морли	Кливленд	1887	11.0	0.4	< 0,02 или ≤ 0,01	40	~ 4–8 км/с	0.01	$\approx$ да
Морли и Миллер	Кливленд	1902–1904	32.2	1.13	≤ 0.015	80	~ 3,5 км/с	0.015	да
Миллер	Гора Уилсон	1921	32.0	1.12	≤ 0.08	15	~ 8–10 км/с	неясно	неясно
Миллер	Кливленд	1923–1924	32.0	1.12	≤ 0.03	40	~ 5 км/с	0.03	да
Миллер (солнечный свет)	Кливленд	1924	32.0	1.12	≤ 0.014	80	~ 3 км/с	0.014	да
Томашек (звездный свет)	Гейдельберг	1924	8.6	0.3	≤ 0.02	15	~ 7 км/с	0.02	да
Миллер	Гора Уилсон	1925–1926	32.0	1.12	≤ 0.088	13	~ 8–10 км/с	неясно	неясно
Кеннеди	Пасадена / Маунт-Уилсон	1926	2.0	0.07	≤ 0.002	35	~ 5 км/с	0.002	да
Иллингворт	Пасадена	1927	2.0	0.07	≤ 0.0004	175	~ 2 км/с	0.0004	да
Пиккар и Стахель	с воздушным шаром	1926	2.8	0.13	≤ 0.006	20	~ 7 км/с	0.006	да
Пиккар и Стахель	Брюссель	1927	2.8	0.13	≤ 0.0002	185	~ 2,5 км/с	0.0007	да
Пиккар и Стахель	Rigi	1927	2.8	0.13	≤ 0.0003	185	~ 2,5 км/с	0.0007	да
Майкельсон и др.	Пасадена (оптический магазин на горе Уилсон)	1929	25.9	0.9	≤ 0.01	90	~ 3 км/с	0.01	да
Йоос	Йена	1930	21.0	0.75	≤ 0.002	375	~ 1,5 км/с	0.002	да

Недавние эксперименты

Оптические тесты

Оптические испытания изотропии скорости света стали обычным явлением. Новые технологии, в том числе использование лазеров и мазеров , значительно повысили точность измерений. (В следующей таблице только Эссен (1955), Ясея (1964) и Шамир/Фокс (1969) представляют собой эксперименты типа Майкельсона-Морли, т.е. сравнение двух перпендикулярных лучей. В других оптических экспериментах использовались другие методы.)

Автор	Год	Описание	Верхние границы
Луи Эссен	1955	Частота вращающегося резонатора микроволнового резонатора сравнивается с частотой кварцевых часов.	~3 км/с
Седархольм и др .	1958	Два аммиачных мазера были установлены на вращающемся столе, и их лучи были направлены в противоположные стороны.	~30 м/с
Эксперименты с мессбауэровским ротором	1960–68	В серии экспериментов разных исследователей частоты гамма-лучей наблюдались с помощью эффекта Мёссбауэра .	~2,0 см/с
Джасея и др .	1964	Проведено сравнение частот двух He–Ne-мазеров , установленных на вращающемся столе. В отличие от Cedarholm et al. мазеры располагались перпендикулярно друг другу.	~30 м/с
Шамир и Фокс	1969	Оба плеча интерферометра находились в прозрачном твердом теле ( оргстекле ). Источником света служил гелий-неоновый лазер .	~7 км/с
Триммер и др .	1973	Они искали анизотропию скорости света, ведущую себя как первый и третий полиномы Лежандра . Они использовали треугольный интерферометр с одной частью пути в стекле. (Для сравнения, эксперименты типа Майкельсона – Морли проверяют второй полином Лежандра)	~2,5 см/с

Эксперимент Майкельсона-Морли с криогенными оптическими резонаторами такой формы, как тот, который использовался Мюллером и др. (2003).

эксперименты с

В начале XXI века возродился интерес к проведению точных экспериментов типа Майкельсона-Морли с использованием лазеров, мазеров, криогенных оптических резонаторов и т. д. Во многом это связано с предсказаниями квантовой гравитации, которые предполагают, что специальная теория относительности может быть нарушается в масштабах, доступных экспериментальному изучению. Первый из этих высокоточных экспериментов был проведен Брилле и Холлом (1979), в которых они анализировали частоту лазера, стабилизированную до резонанса вращающегося оптического резонатора Фабри – Перо . Они установили предел анизотропии скорости света, возникающей в результате движения Земли, Δ c / c ≈ 10. ⁻¹⁵ , где Δ c — разность скоростей света в направлениях x и y .

По состоянию на 2015 год эксперименты с оптическими и микроволновыми резонаторами улучшили этот предел до Δ c / c ≈ 10. ⁻¹⁸ . В некоторых из них устройства вращались или оставались неподвижными, а некоторые были совмещены с экспериментом Кеннеди-Торндайка . В частности, направление и скорость Земли (около 368 км/с (229 миль/с)) относительно системы покоя реликтового излучения обычно используются в качестве ориентиров при поиске анизотропии.

Автор	Год	Описание	Δ с / с
Вольф и др.	2003	Частота стационарного криогенного микроволнового генератора, состоящего из сапфирового кристалла, работающего в режиме шепчущей галереи , сравнивается с частотой водородного мазера , частоту которого сравнивают с часами на цезии и рубидии атомными фонтанными . Были найдены изменения во время вращения Земли. Были проанализированы данные за 2001-2002 годы.	$\lesssim 10^{-15}$
Мюллер и др.	2003	Два оптических резонатора, изготовленные из кристаллического сапфира, управляющие частотами двух Nd:YAG-лазеров , установлены под прямым углом внутри гелиевого криостата. Компаратор частоты измеряет частоту биений объединенных выходов двух резонаторов.
Вольф и др.	2004	См. Вольф и др. (2003). Реализован активный контроль температуры. Были проанализированы данные за 2002-2003 годы.
Вольф и др.	2004	См. Вольф и др. (2003). Были проанализированы данные за период с 2002 по 2004 год.
Антонини и др.	2005	Подобно Мюллеру и др. (2003), хотя сам аппарат был приведен во вращение. Были проанализированы данные за период с 2002 по 2004 год.	$\lesssim 10^{-16}$
Стэнвикс и др.	2005	Подобно Вольфу и др. (2003). Проведено сравнение частоты двух криогенных генераторов. Кроме того, аппарат был приведен во вращение. Были проанализированы данные за 2004-2005 годы.
Херрманн и др.	2005	Подобно Мюллеру и др. (2003). Сравниваются частоты двух резонаторов оптических резонаторов Фабри–Перо : один из них непрерывно вращался, а другой – стационарно, ориентированный с севера на юг. Были проанализированы данные за 2004-2005 годы.
Стэнвикс и др.	2006	См. Стэнвикс и др. (2005). Были проанализированы данные за 2004-2006 годы.
Мюллер и др.	2007	См. Herrmann et al. (2005) и Стэнвикс и др. (2006). Данные обеих групп, собранные в период с 2004 по 2006 год, объединяются и подвергаются дальнейшему анализу. Поскольку эксперименты проводятся на разных континентах, в Берлине и Перте соответственно, можно изучать эффекты как вращения самих устройств, так и вращения Земли.
Эйзель и др.	2009	Проведено сравнение частот пары ортогонально ориентированных оптических резонаторов стоячей волны. Полости исследовались лазером Nd:YAG . Были проанализированы данные за 2007-2008 годы.	$\lesssim 10^{-17}$
Херрманн и др.	2009	частот пары вращающихся ортогональных оптических резонаторов Фабри–Перо Проведено сравнение . Частоты двух Nd:YAG-лазеров стабилизированы к резонансам этих резонаторов.
Нагель и др.	2015	Сравниваются частоты пары вращающихся ортогональных СВЧ-резонаторов.

тесты лоренц

Дополнительная информация: Современные поиски нарушения Лоренца.

⁷ Li- - спектр LiCl (1M) в D ₂ O. Резкая, нерасщепленная линия ЯМР этого изотопа лития ЯМР свидетельствует об изотропии массы и пространства.

Примерами других экспериментов, не основанных на принципе Майкельсона-Морли, то есть неоптических тестов изотропии, достигающих еще более высокого уровня точности, являются сравнение часов или эксперименты Хьюза-Древера . В эксперименте Древера 1961 г. ⁷ Ядра Li в основном состоянии, имеющем полный угловой момент J = 3/2, были расщеплены магнитным полем на четыре равноотстоящих друг от друга уровня. Каждый переход между парой соседних уровней должен испускать фотон равной частоты, в результате чего образуется одна резкая спектральная линия. Однако, поскольку волновые функции ядра для разных М _Дж имеют разную ориентацию в пространстве относительно магнитного поля, любая ориентационная зависимость, будь то от эфирного ветра или от зависимости от крупномасштабного распределения массы в пространстве (см. принцип Маха ) , нарушит энергетические расстояния между четырьмя уровнями, что приведет к аномальному уширению или расщеплению линии. Такого расширения не наблюдалось. Современные повторения такого рода экспериментов предоставили некоторые из наиболее точных подтверждений принципа лоренц-инвариантности .

См. также

• Премия Майкельсона-Морли
• Проблема с движущимся магнитом и проводником
• Свет (Стекло)
• СВЯЗЬ

Внешние ссылки

• Цитаты, связанные с экспериментом Майкельсона-Морли, в Wikiquote
• СМИ, связанные с экспериментом Майкельсона-Морли, на Викискладе?
• Математический анализ эксперимента Майкельсона-Морли в Wikibooks
• Робертс, Т; Шляйф, С (2007). Длугош, Дж. М. (ред.). «Какова экспериментальная основа специальной теории относительности?» . Usenet Часто задаваемые вопросы по физике . Калифорнийский университет, Риверсайд .
• «Эпизод 41: Эксперимент Майкельсона-Морли — Механическая Вселенная» . Ютуб . Калтех. 19 декабря 2016 г.