229 – Michelson-Morley eterul și Pământul nemișcat

De la Tesla, Maxwell, Lord Kelvin, Thompson și mulți alții am aflat că lumina se mișcă printr-un mediu numit eter. O undă care necesită un mediu dens pentru a se propaga se numește elastică sau mecanică, deoarece se deplasează printr-un mediu elastic, adică cu caracteristici mecanice.

Odată cu apariția teoriei lui Maxwell a undelor electromagnetice, fizica secolului al XIX-lea a postulat prezența unui mediu subțire, dar solid, care pătrunde universul întreg, și care permite formarea și propagarea undelor transversale: eterul.

Michelson și Morley au organizat și au produs un experiment pentru a verifica dacă eterul există cu adevărat. Este un experiment de interferența luminoasă. Interferența apare atunci când se adaugă două unde, formând o undă care poate avea o amplitudine rezultantă mai mare, mai mică sau egală. Interferența dintre două unde poate fi, de asemenea, total distructivă, anulând complet cele două unde inițiale. Discuția următoare este teoria din spatele experimentului. Dacă nu doriți să examinați această parte în profunzime, puteți vizualiza videoclipul din partea de jos a articolului, cu siguranță mai ușor de înțeles.

O undă care se deplasează de-a lungul axei x este descrisă de o expresie care satisface ecuația de undă (ecuația lui D’Alembert):

Unde f este funcția de undă și v este viteza undei. Soluția ecuației este unda armonică descrisă de această formulă:

f = Acosα (x, t) = Acos (kx-ωt + ϕ0)

Unde A este amplitudinea undei, k este factorul de undă, ω este viteza unghiulară și φ0 este faza inițială. Să luăm în considerare 2 unde și să le adăugăm (interferență): f = f1 + f2.

Interferența se numește constructivă când: α2-α1 = 2nπ

În acest caz, amplitudinea va fi:

Interferența este în schimb distructivă când: α2-α1 = π + 2nπ

Și în acest caz amplitudinea este:

Cu instrumente specifice (de exemplu, oglinzi lui Fresnel) este posibilă vizualizarea interferenței dintre două unde coerente care se manifestă cu franjuri care sunt zone iluminate alternând cu zone întunecate.

O rază de lumină care iese din sursa S este reflectată parțial în oglinda reglabilă M1 și transmisă parțial în oglinda fixă ​​M2. Razele luminoase de întoarcere ale M1 și M2 lovesc mai întâi separatorul de fascicul și apoi sunt aruncate împotriva detectorului care este focalizarea obiectivului numit „splitter”. Detectorul primește două fascicule de lumină coerente care sunt transportate de aceeași sursă. „Consistent” înseamnă că aceste raze au același unghi de fază. Aceste raze, una de la M1 și alta de la M2, interferează sau se suprapun, întărindu-se sau slăbindu-se reciproc, în funcție de calea optică care vine de la distanțele AM1 și AM2.

Modificând în mod corespunzător distanța AM1, este posibil să se producă franjuri de interferență în O (detectorul) cu o intensitate maximă sau minimă. Modificând distanța AM1 de λ / 4 (fiind λ lungimea de undă a fasciculului de lumină topită) puteți merge de la un minim la un maxim. O lentilă de compensare este utilizată pentru a produce exact aceeași cale optică în cele două raze.

În 1881, Michelson și Morley au făcut un experiment pentru a examina dacă, la fel cum sunetul necesită un mediu elastic (cum ar fi aerul sau apa sau un mediu solid), la fel și lumina necesită un mediu de propagare elastic numit eter. Eterul trebuie să fie prezent peste tot în spațiu pentru a permite luminii să ajungă pe Pământ de la stele. Aceasta implică faptul că spațiul nu este gol: golirea este doar un gol de aer, dar nu un gol absolut.

Numim “c” viteza luminii în eter. Când vă deplasați spre raza de lumină din eterul fix cu o viteză v, veți măsura viteza totală a luminii c + v. Pe de altă parte, veți măsura c-v atunci când vă deplasați în aceeași direcție ca faza de lumină. Această expresie este în concordanță cu relativitatea galileană normală și nu consideră în schimb relativitatea specială a lui Einstein.

Michelson și Morley au crezut că acest principiu Galileean al relativității ar putea fi folosit pentru a verifica dacă eterul există. Ei au crezut că un interferometru poate fi folosit pentru a evalua variația în franjele de interferență cauzate de viteza Pământului. Ideea lor a fost următoarea: când așezați o ramură a interferometrului în direcția vitezei periferice a Pământului V și cealaltă ramură perpendiculară pe prima, veți obține un desen foarte precis al franjurilor de interferență.

Deci, prin rotirea interferometrului cu 90 de grade, este posibilă inversarea celor două ramuri ale interferometrului. Pe măsură ce calea luminii se schimbă, franjurile de interferență ar trebui să se schimbe și ele.

Să luăm în considerare calculul. Cele două ramuri ale interferometrului, AM1 și AM2, au aceeași lungime. Ramura AM2 este rotită în direcția mișcării de laborator și în raport cu eterul cosmic. Atunci când considerăm eterul ca fiind imobil, fixat la stele, direcția și întinderea vitezei pământului v ar trebui să depindă de timpul zilei și de ziua anului.

Conform legii S = v ∙ t (unde S înseamnă spațiu, v înseamnă viteză, t rămâne pentru timp) de mișcare rectilinie uniformă, fasciculul luminos care merge de la A la M2 necesită un timp t=l/(cv) . Pentru a reveni de la M2 la A este nevoie de un timp t = l / (c + v). Timpul total pentru ramura AM2 este:

unde l este lungimea segmentului acoperit de lumină.

Timpul t1 al celeilalte ramuri (AM1) are o valoare diferită. În acest caz, trebuie să vă amintiți că în timpul t1 Pământul continuă să se miște. Deci traiectoria totală a fasciculului este triunghiulară. Pe măsură ce fasciculul de lumină se deplasează de la A la M1, oglinda A se deplasează în direcția vitezei Pământului. Această distanță AA ‘poate fi calculată luând în considerare viteza v și timpul t1 necesar pentru ca lumina să ajungă la M1 și să revină la A’.

  Deci aveți AA ”= vt1. Prin urmare, fasciculul de lumină trebuie să parcurgă distanța AM1A ”= 2AM1 cu o viteză c. Timpul necesar va fi:

Rezultatul va fi:

aceste două raze coerente se suprapun în punctul O într-un mod care depinde de t1 și t2. Deci, atunci când rotiți interferometrul pentru a aduce ramura AM1 în direcția vitezei de laborator și în raport cu eterul, t1 și t2 se schimbă, prin urmare, ar trebui să existe o diferență de fază în cele două raze în O, cu o modificare consecință în franjele de interferență. .

Ori de câte ori experimentul Michelson-Morley s-a repetat, la diferite momente ale zilei și în zile diferite ale anului, a dat întotdeauna același rezultat: nici o schimbare în franjele de interferență.

Aceasta înseamnă că Pământul este staționar.

Evident, când oamenii de știință au încercat să explice acest rezultat, nimeni nu și-a imaginat că Pământul este imobil. Apoi, Einstein a rezolvat problema conform celebrei sale afirmații pe baza cărora și-a bazat ulterior teoria relativității. El a postulat că lumina se mișcă cu viteză egală c în toate direcțiile și în toate sistemele de referință diferite. În plus, potrivit Einstein, aceasta ar fi viteza maximă realizabilă: o limită imbatabilă care nu poate fi depășită. În consecință, oamenii de știință au spus că eterul, înțeles ca mediul mecanic în care se mișcă lumina, nu poate exista.

Cu toate acestea, având în vedere că există cu siguranță particule de materie capabile să călătorească mai repede decât lumina (a se vedea, de exemplu, the quantic entanglement), explicația experimentului lui Michelson Morley este aceea că Pământul nu se mișcă. În acest caz v = 0 și veți observa că t1 și t2 devin egali:

t1 = t2 = l / c

(asta înseamnă că nu există modificări în franjurile de interferență). Aceasta este ideea principală: formulele din spatele acestui experiment devin incredibil de simple dacă considerăm Pământul imobil.


Un pensiero riguardo “229 – Michelson-Morley eterul și Pământul nemișcat

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo di WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione /  Modifica )

Google photo

Stai commentando usando il tuo account Google. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione /  Modifica )

Connessione a %s...