في تجارب ميشيلسون مورلي ، وجد ذلك. تجربة ميشيلسون مورلي. قياس جديد لسرعة الضوء
للانتشار في الفضاء ، لا يحتاج الضوء إلى "الأثير المضيء".
من الصعب تخيل الفراغ المطلق - فراغ كامل لا يحتوي على شيء. يسعى الوعي البشري إلى ملئه بشيء مادي على الأقل ، ولقرون عديدة من تاريخ البشرية كان يُعتقد أن الفضاء العالمي مليء بالأثير. كانت الفكرة أن الفضاء بين النجوم مليء بنوع من المواد الدقيقة غير المرئية وغير الملموسة. عندما تم الحصول على نظام معادلات ماكسويل ، متنبأًا بانتشار الضوء في الفضاء بسرعة محدودة ، حتى مؤلف هذه النظرية نفسه يعتقد أن الموجات الكهرومغناطيسية تنتشر في وسط ، تمامًا كما تنتشر الموجات الصوتية في الهواء ، وتنتشر موجات البحر في الماء. في النصف الأول من القرن التاسع عشر ، وضع العلماء بعناية النموذج النظري للأثير وآليات انتشار الضوء ، بما في ذلك جميع أنواع الروافع والمحاور ، التي يُفترض أنها تساهم في انتشار موجات الضوء المتذبذبة في الأثير.
في عام 1887 ، قرر اثنان من علماء الفيزياء الأمريكيين - ألبرت ميكلسون وهنري مورلي - إجراء تجربة مشتركة مصممة لإثبات أن الأثير المضيءموجود بالفعل ، يملأ الكون ويعمل كوسيط ينتشر فيه الضوء والموجات الكهرومغناطيسية الأخرى. كان ميشيلسون يتمتع بسلطة لا جدال فيها كمصمم للأدوات البصرية ، وكان مورلي مشهورًا باعتباره فيزيائيًا تجريبيًا لا يكل ولا يكل. التجربة التي اخترعوها أسهل في الوصف من القيام بها عمليًا.
استخدم ميكلسون ومورلي مقياس التداخل- جهاز قياس بصري ينقسم فيه شعاع من الضوء إلى قسمين بواسطة مرآة نصف شفافة (الصفيحة الزجاجية مطلية بالفضة على جانب واحد فقط بما يكفي لنقل الأشعة الضوئية التي تدخلها جزئيًا وتعكسها جزئيًا ؛ يتم استخدام تقنية مماثلة اليوم في كاميرات SLR). نتيجة لذلك ، ينقسم الشعاع وينتج عنهما الاثنان متماسكتتباعد الحزم عند الزوايا اليمنى لبعضها البعض ، وبعد ذلك تنعكس من مرآتين عاكستين على بعد متساوٍ من المرآة الشفافة وتعود إلى المرآة الشفافة ، حيث يتيح شعاع الضوء الناتج من خلاله ملاحظة نمط التداخل وكشف أدنى حد عدم التزامنحزمتان (تأخير شعاع واحد بالنسبة للآخر ؛ انظر التداخل).
كانت تجربة ميكلسون مورلي تهدف بشكل أساسي إلى تأكيد (أو دحض) وجود العالم الأثير من خلال الكشف عن "الريح الأثير" (أو حقيقة غيابها). في الواقع ، تتحرك الأرض في مدار حول الشمس ، بالنسبة إلى الأثير الافتراضي لمدة نصف عام في اتجاه واحد ، والنصف التالي في اتجاه آخر. وبالتالي ، لمدة نصف عام ، يجب أن تهب "الرياح الأثيرية" فوق الأرض ، ونتيجة لذلك ، تحول قراءات مقياس التداخل في اتجاه واحد ، ولمدة نصف عام - في الاتجاه الآخر. لذا ، بعد مراقبة تركيبهم لمدة عام ، لم يجد ميكلسون ومورلي أي تحولات في نمط التداخل: هدوء أثيري كامل! (التجارب الحديثة من هذا النوع ، التي أجريت بأعلى دقة ممكنة ، بما في ذلك التجارب باستخدام مقاييس التداخل بالليزر ، أعطت نتائج مماثلة). إذن: الرياح الأثيرية ، وبالتالي ، فإن الأثير غير موجود.
في غياب الرياح الأثيرية والأثير على هذا النحو ، هناك صراع لا يمكن حله بين ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية (مما يعني بعض الإطار المرجعي المطلق) ومعادلات ماكسويل (وفقًا لسرعة الضوء لها قيمة محدودة مستقلة عن اختيار إطار أصبح المرجع) واضحًا ، مما أدى في النهاية إلى ظهور نظرية النسبية. أظهرت تجربة ميشيلسون مورلي أخيرًا أنه لا يوجد "إطار مرجعي مطلق" في الطبيعة. وبغض النظر عن مدى ادعاء أينشتاين لاحقًا أنه لم يعر أي اهتمام لنتائج الدراسات التجريبية عند تطوير نظرية النسبية ، فليس من الضروري الشك في أن نتائج تجارب ميكلسون مورلي ساهمت في القبول السريع لـ هذه النظرية المتطرفة من قبل المجتمع العلمي على محمل الجد.
إدوارد ويليامز مورلي
إدوارد ويليامز مورلي1838-1923
الفيزيائي والكيميائي الأمريكي. ولد في نيوارك بولاية نيو جيرسي في عائلة رجل دين تجمعي. بسبب اعتلال صحته ، لم يذهب إلى المدرسة ، بل درس في المنزل ، وأعده والده لمواصلة خدمة الكنيسة ، لكن الصبي فضل العلوم الطبيعية وتولى دراسة الكيمياء والتاريخ الطبيعي. في النهاية ، تبين أنه مجرب غير مسبوق. كان مورلي هو من تمكن من تحديد الكتل المحددة للهيدروجين والأكسجين في الماء النقي بدقة غير مسبوقة. عندما أحضره القدر إلى ألبرت ميكلسون ، تبين أن مهاراته كمختبِر لا يمكن الاستغناء عنها ، والآن ترتبط أسماء هذين العالمين ارتباطًا وثيقًا بفضل تجربتهما الشهيرة.
ألبرت أبراهام ميكلسون ، 1852-1931
فيزيائي أمريكي ألماني الجنسية (في الصورة). ولد في بلدة Strelno (الآن Strzelno) على أراضي بولندا الحديثة (في تلك السنوات كانت جزءًا من الإمبراطورية الروسية). في سن الثانية ، هاجر إلى الولايات المتحدة مع والديه. نشأ في ولاية كاليفورنيا في عهد "اندفاع الذهب" الشهير ، لكن والد عالم المستقبل لم يكن منخرطًا في البحث عن الذهب ، ولكن في تجارة الجملة الصغيرة في المدن التي يغطيها هذا المرض. التحق بالأكاديمية البحرية الأمريكية بناءً على توصية خاصة من أحد أعضاء الكونجرس من طاقمه ، وتم قبوله في الخدمة الفعلية ، وأكمل دورة كاملة من التدريب على التدريبات ، وبعد ذلك تم تعيينه مدرسًا للفيزياء. بفضل هذا ، أتيحت له الفرصة للانخراط في البصريات ، وعلى وجه الخصوص ، بناء أداة لتحديد سرعة الضوء.
بعد تقاعده من الخدمة الفعلية عام 1881 ، أصبح مدرسًا في كلية العلوم التطبيقية. كيس (مدرسة كيس للعلوم التطبيقية) في كليفلاند ، أوهايو ، حيث واصل بحثه. في عام 1907 ، حصل ميكلسون على جائزة نوبل في الفيزياء "لتطوير أدوات بصرية دقيقة وللأبحاث التي أجريت معهم" ، أي لتحديد طول العداد القياسي وسرعة الضوء في الفراغ بدقة.
) ، على غرار الموجات المرنة في الغاز أو السائل. إذا كان مصدر الضوء ومستقبله يقعان على مسافة ثابتة من بعضهما البعض ، فانتقل بسرعة الخامسمن خلال هذه المادة ، فإن وقت انتشار الضوء من المصدر إلى المستقبل سيعتمد على الموقع النسبي لمتجه السرعة والمتجه الذي يربط بين المصدر والمستقبل. فرق التوقيت النسبي Δ ر/رعندما ينتشر الضوء بشكل موازٍ وعمودي لتدفق الأثير ، يكون قريبًا من حيث الحجم من ( الخامس/ج) 2 ، إذا كانت سرعة الأثير أقل بكثير من سرعة الضوء. استخدمت تجربة ميكلسون الحركة المدارية للأرض من خلال الأثير الافتراضي (ثابتًا على الأرجح بالنسبة للشمس) ، وقاست الفرق في وقت مرور الضوء في نفس الوقت عبر ذراعين متعامدين لمقياس التداخل ؛ عندما يتم تدوير الجهاز في تدفق الأثير ، يجب أن يتغير وقت مرور الضوء عبر أذرع مقياس التداخل ، مما قد يؤدي إلى تغيير اختلاف طور الموجة الكهرومغناطيسية في الأذرع المتوازية والعمودية وإلى التغيير في نمط التداخل المرصود الناتج عن إضافة حزمتين من الضوء.
ضع في اعتبارك نسخة مبسطة ، عندما يكون أحد الذراعين (1) موجودًا على طول حركة الأثير عبر الجهاز ، يكون الذراع الآخر متعامدًا عليه.
احسب الوقت الإجمالي ر 1 (displaystyle t_ (1))مرور الضوء عبر الذراع 1 ، باستخدام مجموع أوقات الحركة للأمام والخلف والدلالة على طول الذراع L 0 (displaystyle L_ (0)):
t 1 = L 0 c + v + L 0 c - v = (displaystyle t_ (1) = (frac (L_ (0)) (c + v)) + (frac (L_ (0)) (cv )) =)2 ص L 0 ص 2 - ع 2 = 2 لتر 0 ص 1 1 - ع 2 ص 2 ≈ 2 L 0 ج (1 + ع 2 ج 2). (displaystyle (frac (2cL_ (0)) (c ^ (2) -v ^ (2))) = (frac (2L_ (0)) (c)) (frac (1) (1- ( \ frac (v ^ (2)) (c ^ (2))))) \ تقريبًا (\ frac (2L_ (0)) (c)) \ يسار (1 + (\ frac (v ^ (2)) ( ج ^ (2))) \ حق).)التقريب يرجع إلى ع 2 / ص 2 ≪ 1 (displaystyle v ^ (2) / c ^ (2) ll 1)(حول 10 - 8 (\ displaystyle 10 ^ (- 8))، عندما تؤخذ سرعة الأثير ك (displaystyle v)≈ 30 كم / ثانية ≈ 10 4 ج متساوية في القيمة المطلقة ومعاكسة في الاتجاه لسرعة الحركة المدارية للأرض).
الخامس 1 = | الخامس 1 | = v 2 + c 2 = c 1 + v 2 c 2 (\ displaystyle v_ (1) = | mathbf (v_ (1)) | = (sqrt (v ^ (2) + c ^ (2))) = c (\ sqrt (1 + (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2)))))).يمكننا الآن حساب:
ر 2 = 2 L 1 ص 1 1 + v 2 ص 2 ≈ 2 L 1 c (1 - v 2 2 c 2) (displaystyle t_ (2) = (frac (2L_ (1)) (c)) ( \ frac (1) (\ sqrt (1 + (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2)))))) \ تقريبًا (\ frac (2L_ (1)) (c)) \ يسار ( 1 - (\ frac (v ^ (2)) (2c ^ (2))) \ right)).L 1 (displaystyle L_ (1))- هذا هو الوتر ، حيث تنتقل الإشارة على طوله بسرعة متزايدة ، بينما يمر مرور الساق بسرعة ج (displaystyle c)سيعطي نفس الوقت الذي يمر به الوتر بهذه السرعة المتزايدة. لذلك ، يكفي النظر إلى الوقت في النموذج
ر 2 = 2 L 0 ج (displaystyle t_ (2) = (frac (2L_ (0)) (c)))فرق المرحلة يتناسب مع:
δ = ج (t 2 - t 1) = 2 (L 0 - L 0 1 - v 2 ج 2) (displaystyle delta = c (t_ (2) -t_ (1)) = 2 left ((L_ (0) - (\ frac (L_ (0)) (1 - (\ frac (v ^ (2)) (c ^ (2)))))) \ right))S = | δ + δ ′ | (displaystyle S = | delta + delta ^ (") |)، أين δ ′ (displaystyle delta ^ ("))يتناسب مع اختلاف المرحلة عند الرجوع إلى π 2 (displaystyle (frac (pi) (2))):
S = 2 لتر 0 | 1 - 1 1 - ع 2 ج 2 | ≈ 2 L 0 v 2 c 2. (displaystyle S = 2L_ (0) left | 1 - (frac (1) (1 - (frac (v ^ (2)) (c ^ (2))))) right | almost 2L_ ( 0) (\ frac (v ^ (2)) (ج ^ (2))).)تبين أن نظرية الأثير تشير إلى اختلاف طور في الذراع المتوازية والعمودية ، والتي يمكن قياسها واكتشافها بالوسائل التجريبية المناسبة (مقياس تداخل ميكلسون مورلي).
تاريخ [ | ]
معرفتي [ | ]
ظهرت نظرية انتشار الضوء كتذبذبات لوسط خاص - الأثير المضيء - في القرن السابع عشر. في عام 1727 ، شرح عالم الفلك الإنجليزي جيمس برادلي بمساعدته انحراف الضوء. كان من المفترض أن الأثير لا يتحرك ، ولكن بعد تجارب Fizeau ، نشأ افتراض أن الأثير كان جزئيًا أو كليًا في مسار حركة المادة.
إعداد Michelson-Morley التجريبي الذي أجريت عليه قياسات 1887. يتم وضع الجهاز على لوح حجري ضخم بقياس 1.5 × 1.5 × 0.3 متر ، يطفو في الزئبق من أجل القضاء على التغيير في طول أذرع مقياس التداخل عند تدوير الجهاز.
تحت تأثير هذه النتائج ، طرح جورج فيتزجيرالد ولورينتز فرضية حول تقلص الأجسام المادية في اتجاه الحركة في الأثير غير المتحرك وغير المدروس (1889).
تجارب ميلر [ | ]
وفقًا للبروفيسور دايتون ك.ميلر (المدرسة القيصرية للعلوم التطبيقية):
يمكن افتراض أن التجربة أظهرت فقط أن الأثير في غرفة الطابق السفلي معينة يتم حمله معه في الاتجاه الطولي. لذلك سنقوم بنقل الجهاز إلى تل لمعرفة ما إذا كان هناك تأثير موجود هناك. [ ]
في خريف عام 1905 ، أجرى مورلي وميلر تجربة في مرتفعات الإقليدية في كليفلاند ، الواقعة على ارتفاع حوالي 90 مترًا فوق بحيرة إيري وحوالي 265 مترًا فوق مستوى سطح البحر. في 1905-1906. تم إجراء خمس سلاسل من الملاحظات ، والتي أعطت تأثيرًا إيجابيًا معينًا - حوالي 1/10 من الانجراف المتوقع.
في مارس 1921 ، تم تغيير المنهجية والجهاز إلى حد ما وتم الحصول على نتيجة 10 كم / ثانية من "رياح الأثير". تم فحص النتائج بعناية من أجل القضاء المحتمل على الأخطاء المرتبطة بالتضيق المغناطيسي والإشعاع الحراري. لم يكن لاتجاه دوران الجهاز أي تأثير على نتيجة التجربة.
أظهرت الدراسات اللاحقة للنتائج التي حصل عليها د. ميللر أن التقلبات التي لاحظها وفسرها على أنها وجود "رياح أثيري" هي نتيجة أخطاء إحصائية وإهمال تأثيرات درجة الحرارة.
تجارب كينيدي [ | ]
الآن أود أن أبدي بعض الملاحظات حول تجربة ميلر. أعتقد أن هناك مشكلة خطيرة مرتبطة بالتأثير ، وهي دورية لثورة كاملة للجهاز ، وقد استبعدها ميلر ، الذي أكد على أهمية تأثير نصف الدورة ، أي التكرار خلال نصف دورة من الجهاز ، وفيما يتعلق بمسألة الريح الأثيري. في كثير من الحالات ، يكون تأثير الدورة الكاملة أكبر بكثير من تأثير نصف الدورة. وفقًا لميلر ، يعتمد تأثير الفترة الإجمالية على عرض النطاقات وسيكون صفرًا للنطاقات العريضة إلى أجل غير مسمى.
على الرغم من ادعاء ميللر أنه كان قادرًا على إزالة هذا التأثير إلى حد كبير في قياساته في كليفلاند ، ويمكن تفسير ذلك بسهولة من خلال التجربة ، إلا أنني أود أن أفهم أسباب ذلك بشكل أكثر وضوحًا. بالحديث في الوقت الحالي بصفتي من أنصار النسبية ، يجب أن أقول إن مثل هذا التأثير غير موجود على الإطلاق. في الواقع ، إن دوران الجهاز ككل ، بما في ذلك مصدر الضوء ، لا يعطي أي تحول من وجهة نظر نظرية النسبية. يجب ألا يكون هناك أي تأثير عندما تكون الأرض والمركبة في حالة راحة. وفقًا لأينشتاين ، يجب ملاحظة نفس الافتقار إلى التأثير للأرض المتحركة. وبالتالي فإن تأثير الفترة الإجمالية يتعارض مع نظرية النسبية وله أهمية كبيرة. إذا اكتشف ميلر بعد ذلك تأثيرات منهجية لا يمكن إنكار وجودها ، فمن المهم أيضًا معرفة سبب تأثير الفترة الكاملة.
تجارب ميشيلسون وجال[ | ]
مخطط تجربة Michelson-Gal
في عام 1925 ، وضع ميكلسون وجايل مواسير مياه على الأرض على شكل مستطيل في كليرينج في إلينوي. ماسورة قطر 30 سم. تم توجيه الأنابيب AF و DE من الغرب إلى الشرق تمامًا ، و EF و DA و CB - من الشمال إلى الجنوب. أطوال DE و AF كانت 613 م ؛ EF و DA و CB - 339.5 م. يمكن لمضخة واحدة مشتركة ، تعمل لمدة ثلاث ساعات ، ضخ الهواء إلى ضغط 1 سم زئبق. لاكتشاف الإزاحة ، يقارن ميكلسون في مجال التلسكوب هامش التداخل الذي تم الحصول عليه من خلال الركض حول الخطوط الكبيرة والصغيرة. ذهب شعاع من الضوء في اتجاه عقارب الساعة ، والآخر عكس اتجاه عقارب الساعة. تم تسجيل تحول العصابات الناجم عن دوران الأرض من قبل أشخاص مختلفين في أيام مختلفة مع إعادة ترتيب كاملة للمرايا. تم إجراء ما مجموعه 269 قياسًا. نظريًا ، بافتراض أن الأثير غير متحرك ، يجب على المرء أن يتوقع تحولًا في النطاق بمقدار 0.236 ± 0.002. أسفرت معالجة بيانات الرصد عن انحياز قدره 0.230 ± 0.005 ، مما يؤكد وجود وحجم تأثير Sagnac.
خيارات حديثة[ | ]
في عام 1958 ، تم إجراء تجربة أكثر دقة في جامعة كولومبيا (الولايات المتحدة الأمريكية) باستخدام حزمتين معاكستين للاتجاه ، والتي أظهرت استقلالية التردد عن حركة الأرض بدقة تبلغ حوالي 10 9٪.
أدت القياسات الأكثر دقة في عام 1974 إلى رفع الحساسية إلى 0.025 م / ث. تستخدم الإصدارات الحديثة من تجربة ميكلسون مقاييس التداخل البصرية والمبردة بدلاً من مقاييس التداخل [ يوضح] رنانات الميكروويف وتجعل من الممكن الكشف عن انحراف سرعة الضوء Δ ج/ج، إذا كانت ~ 10 −18. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الإصدارات الحديثة من تجربة ميكلسون حساسة للانتهاكات الافتراضية لثبات لورنتز ، ليس فقط في معادلات ماكسويل (للموجات الكهرومغناطيسية ، كما في التجربة الكلاسيكية) ، ولكن أيضًا في
قال العالم الروسي ف. حلل أتسيوكوفسكي بدقة الأسس التجريبية لنظريات أينشتاين النسبية وتوصل إلى الاستنتاج التالي: "أظهر تحليل نتائج التجارب التي أجراها باحثون مختلفون من أجل التحقق من أحكام SRT و GRT أن التجارب التي تم فيها تفسير النتائج الإيجابية والتي لا لبس فيها كانت تم الحصول عليها ، مؤكدة أحكام واستنتاجات نظريات النسبية أ. آينشتاين غير موجود ".
يمتد هذا الاستنتاج إلى التجربة الأكثر شهرة ، تجربة ميكلسون مورلي. لاحظ أن مقياس تداخل Michelson-Morley كان ثابتًا بالنسبة إلى الأرض ، وكان الضوء فقط يتحرك. يعتقد المؤلفون أنهم سيكونون قادرين على إصلاح تأثير سرعة الأرض V = 30 كم / ثانية بالنسبة للشمس على انحراف هامش التداخل من الضوء. تم الحساب وفقًا للصيغة
لم يتم تسجيل التحول الهامشي المتوقع 0.04. ولم يبدأ المؤلفون لسبب ما في البحث عن سبب التناقضات بين النظرية والتجربة. دعونا نفعل ذلك من أجلهم.
نظرًا لأن الفوتونات لها كتلة ، فإن الأرض بالنسبة لهم هي إطار مرجعي بالقصور الذاتي ويجب ألا يختلف سلوكهم في مجال جاذبيتها عن سلوك الأجسام الأخرى ذات الكتلة في هذا المجال ، لذلك يجب أن نستبدل بالصيغة أعلاه وليس السرعة من الأرض بالنسبة للشمس (V = 30 كم / ث) ، وسرعة سطح الأرض (V = 0.5 كم / ث) ، التي تشكلت من خلال دورانها حول محورها. بعد ذلك ، لن يكون التحول المتوقع لهامش التداخل في تجربة Michelson-Morley 0.04 ، ولكن أقل من ذلك بكثير
. (423)
لذلك ليس من المستغرب أن أداة ميكلسون مورلي لم تظهر أي تحول في هامش التداخل. ونعرف الآن سبب ذلك: أنها تفتقر إلى الحساسية اللازمة (الدقة).
ومع ذلك ، أصدرت لجنة نوبل جائزة نوبل في عام 1907 لـ A. نضيف أن التفسير الخاطئ لتجربة ميشيلسون كان الأساس التجريبي لنظريات أينشتاين الخاطئة عن النسبية.
ولكن ماذا لو أقمنا مثل هذه التجربة بحيث يتحرك فيها مصدر الضوء والجهاز الذي يثبت إزاحة هامش التداخل (الدوران) في مجال جاذبية الأرض؟ في هذه الحالة ، تتم مقارنة قراءات الأدوات في حالة عدم وجود دوران للتركيب بأكمله وأثناء دورانه. من الواضح على الفور أنه في حالة عدم وجود دوران للتركيب ، لن يختلف مبدأ القياس عن مبدأ القياس في تجربة Michelson-Morley ، ولن يُظهر الجهاز أي إزاحة لحافة التداخل. ولكن بمجرد أن يبدأ التثبيت في الدوران في مجال جاذبية الأرض ، يجب أن يظهر على الفور تحول في النطاق المشار إليه. ويفسر ذلك حقيقة أنه بينما ينتقل الضوء من المصدر إلى المستقبل ، يتغير موضع الأخير في مجال جاذبية الأرض بالنسبة إلى المصدر ، ويجب على الجهاز تسجيل تحول النطاق المشار إليه.
نؤكد مرة أخرى: لا يتغير موضع مصدر الإشارة والمستقبل في تجربة Michelson-Morley بالنسبة إلى بعضهما البعض في مجال الجاذبية الأرضية ، ولكن في المثال الذي وصفناه ، يتغير. هذا هو الاختلاف الرئيسي بين هذه التجارب. تم تأكيد المنطق الأولي الموصوف بشكل مقنع من خلال تجربة Sagnac. تتعارض نتائج تجربته مع قراءات مقياس تداخل ميكلسون مورلي ، ويسكت أنصار النسبية على هذه الحقيقة ويتجاهلونها بعناد ، مما يدل بوضوح على أنهم غير مهتمين بالحقيقة العلمية.
لقد قدمنا دليلًا قويًا إلى حد ما على مغالطة نظريات النسبية لأينشتاين ، لذا فإن السؤال الذي يطرح نفسه لا إراديًا: كيف يمكننا الآن إدراك حقيقة أن نظريات أينشتاين للنسبية تكمن في الأساس ، وفقًا للنسبية ، لجميع إنجازات الفيزياء في القرن 20th؟ بسيط جدا! كل هذه الإنجازات هي نتيجة جهود علماء الفيزياء التجريبية الذين أجروا تجارب ليس لاختبار النظريات الفيزيائية ، ولكن للحصول على مثل هذه النتيجة التي يمكن استخدامها لأغراض عسكرية أو في المنافسة عند غزو أسواق منتجاتهم.
حاول المنظرون ، بالطبع ، إيجاد تفسير لهذه الإنجازات ، بطريقة ما يبررونها ، لكن هذه التفسيرات اتضح أنها تقريبية وسطحية. كانت العقبة الرئيسية في تفسير الأسس العميقة للمادة والكون هي الصورة النمطية للتفكير التي شكلتها نظريات أينشتاين الخاطئة ، وإصرار مؤيديه في الدفاع عن هذه النظريات من النقد.
12.5. كيف ولدت كواكب النظام الشمسي؟
دعونا نحلل فقط تلك الفرضية حول تكوين كواكب النظام الشمسي ، والتي بموجبها تشكلت من نجم يطير بالقرب من الشمس ، والذي التقطه بمجال جاذبيته (الشكل 228 ، أ).
أرز. 228 أ) - رسم تخطيطي لحركة الكواكب حول الشمس ؛ مخطط
انحباس النجم A بواسطة قوة الجاذبية للشمس (C)
في الحركة المدارية
تسمح لنا هذه الفرضية بالعثور على إجابات لمعظم الأسئلة الرئيسية المتعلقة بميلاد الكواكب.
لنبدأ تحليل عملية ولادة كواكب النظام الشمسي بصياغة الأسئلة الرئيسية ، التي يجب أن تتبع إجاباتها من هذا التحليل.
1. لماذا مدارات جميع الكواكب شبه دائرية؟
2. لماذا تكون مدارات جميع الكواكب في نفس المستوى تقريبًا؟
3. لماذا تدور جميع الكواكب حول الشمس في نفس الاتجاه؟
4. لماذا تتوافق اتجاهات دوران الكواكب (باستثناء أورانوس) حول محاورها مع اتجاهات دورانها حول الشمس؟
5. لماذا تكون مستويات مدارات معظم الأقمار الصناعية للكواكب قريبة من مستوياتها الاستوائية؟
6. لماذا تكون مدارات معظم الأقمار الصناعية شبه دائرية؟
7. لماذا تدور معظم الأقمار الصناعية وحلقة زحل حول كواكبها في نفس اتجاه الكواكب حول الشمس؟
8. لماذا يوجد تدرج كثافة الكواكب؟
9. هل يمكن الافتراض أن انتظام الكثافة المتغيرة للكواكب ، وهي تبتعد عن الشمس ، يشبه التغير في كثافة الشمس الحالية ، بدءًا من مركزها إلى سطحها؟
10. لماذا عندما تبتعد الكواكب عن الشمس ، تتناقص كثافتها أولاً ثم تزداد قليلاً؟
لقد أظهرنا بالفعل أن تكوين الجسيمات الأولية الأساسية: الفوتونات والإلكترونات والبروتونات والنيوترونات يتحكم فيه قانون الحفاظ على الزخم الزاوي (الزخم) ، والنموذج الرياضي له هو ثابت بلانك (219). لقد أطلقنا على هذا القانون القانون الأساسي الذي يحكم تكوين العالم المادي. من هذا يترتب على أن نفس القانون كان يجب أن يتحكم في عملية ولادة كواكب النظام الشمسي. الآن سنقتنع بالاحتمال الكبير لربط هذه الفرضية بالواقع.
نظرًا لأن الكواكب لا تحتوي على حركات مستقيمة الخطوط ، ولكنها تدور بالنسبة للشمس وبالنسبة إلى محاورها ، لوصف هذه الدورات ، سنستخدم نموذجًا رياضيًا لقانون الحفاظ على الزخم الزاوي.
الآن نقوم بصياغة فرضية. تشكلت كواكب النظام الشمسي من نجم طار عبر الشمس والتقطه مجال جاذبيته (الشكل 228 ، ب ، المواضع: 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ...). عندما يكون النجم بعيدًا عن الشمس ، يتحرك في الفضاء ، يدور فقط حول محوره ، والذي كان موازياً (في الغالب) لمحور دوران الشمس. من الطبيعي تمامًا أن يكون للنجم زخمه الزاوي الخاص به ، والذي لا نعرف حجمه. لكننا نعلم أن غياب القوى الخارجية أبقى هذه اللحظة ثابتة. عندما اقتربنا من الشمس ، بدأت قوة جاذبية الشمس في التأثير على النجم.
لنفترض أن هذا النجم قد طار عبر الشمس على مسافة مساوية للمسافة من الشمس إلى أول كوكب عطارد. من الطبيعي تمامًا أن تكون قوة جاذبية الشمس (الشكل 228 ، ب ، المواضع: 2 ، 3 ، 4 ...) قد أشركت هذا النجم في حركة دائرية حول الشمس. الافتراض التالي هو أن اتجاه دوران النجم حول محوره يتزامن مع اتجاه دوران النجم حول الشمس. نتيجة لذلك ، تمت إضافة الزخم الزاوي للدوران حول الشمس إلى الزخم الزاوي لدوران النجم حول محوره.
نظرًا لأن النجم كان في حالة بلازما ، مثل الشمس ، إلا أنه أصغر من الشمس من حيث الكتلة والحجم ، فإنه لا يمكنه البقاء في المدار إلا إذا كانت قوة الطرد المركزي للقصور الذاتي وقوة جاذبية الشمس متساوية (الشكل 228 ، ب) ، الموضع 5). إذا لم تكن هذه المساواة موجودة ، فعندئذ فقط ذلك الجزء من بلازما النجوم شديدة الترابط (الشكل 228 ، الموضع 6) ، والذي يضمن المساواة بين قوة الطرد المركزي للقصور الذاتي وقوة الجاذبية للشمس ، يمكنه التمسك بالتشكل أولاً يدور في مدار. بدأ الجزء المتبقي من بلازما النجم بالابتعاد عن الشمس تحت تأثير قوة طرد مركزي أكبر من القصور الذاتي (الشكل 228 ، الموضع 7). في عملية الابتعاد عن الشمس ، بدأ الجزء التالي من الهيكل المستقر يتشكل من الجزء المتراجع من النجم ، والذي انفصلت عنه قوة الجاذبية للشمس مرة أخرى من بلازما النجم وشكلت الكوكب الثاني - الزهرة. شكل تسلسل الأحداث الموصوفة الكواكب حول الشمس.
نحتاج الآن إلى إثبات مصداقية السيناريو الافتراضي الموصوف لولادة النظام الشمسي. للقيام بذلك ، سنجمع معلومات حول الحالة الحالية لكواكب النظام الشمسي. في هذه المعلومات ، من الضروري تضمين كتل جميع الكواكب وأقمارها الصناعية الرئيسية ، وكثافة جميع الكواكب ، وأنصاف أقطارها ، وكذلك نصف قطر المدار ، والسرعات المدارية ، والسرعات الزاوية لدوران الكواكب حول محاورهم. ستسمح لنا هذه المعلومات بإيجاد الزخم الزاوي المداري للنجم في اللحظة التي يبدأ فيها بالدوران حول الشمس. النجم الذي يبتعد عن الشمس نظرًا لحقيقة أن قوة الطرد المركزي للقصور الذاتي أكبر من قوة الجاذبية للشمس ، سيترك قدرًا كبيرًا من البلازما في مدارات الكواكب الموجودة كما هو الحال الآن في حالة صلبة مع كواكبها. الأقمار الصناعية.
من الطبيعي تمامًا أن يكون الزخم الزاوي الكلي لجميع الكواكب الحديثة مساويًا للزخم الزاوي للنجم في لحظة بداية حركته المدارية حول الشمس (الشكل 228 ، ب ، الموضع 5).
لذا ، دعنا نعطي معلومات أساسية عن الشمس وكواكبها. الشمس لها كتلة 
. نصف قطرها وكثافتها 
. السرعة الزاوية لدوران الشمس حول محورها هي 
. من المعروف أن مجموع كتل جميع الكواكب وأقمارها الصناعية يقل بنحو 1000 مرة عن كتلة الشمس. أدناه ، في الجدول. يوضح الشكل 61 كتل كواكب المجموعة الشمسية وكثافتها.
الجدول 61. كتل الكواكب وأقمارها الصناعية وكثافة الكواكب
| الكواكب | الجماهير ، كجم | كثافة، |
| 1. الزئبق | ||
| 2. الزهرة | ||
| 3. الأرض |  | |
| 4. المريخ | ||
| 5. كوكب المشتري |  | |
| 6. زحل |  | |
| 7. أورانوس | ||
| 8. نبتون |  | |
| 9. بلوتو | ||
| المجموع |
أخذنا المعلومات الأساسية حول معلمات الكواكب على الإنترنت: علم الفلك + علم الفلك للهواة + النظام الشمسي + أسماء الكواكب + الكواكب بالأرقام. اتضح أن جامعي هذه المعلومات الأساسية ارتكبوا عددًا من الأخطاء. على سبيل المثال ، وفقًا لبياناتهم ، فإن أنصاف الأقطار المدارية لكوكب المشتري وزحل هي نفسها ، في حين أن نصف قطر مدار نبتون ، معبراً عنه بالوحدات الفلكية ، يختلف عن قيمته ، معبراً عنها بالكيلومترات. يبدو لنا أن الفرضية المنشورة ستكون ذات فائدة لعلماء الفلك المحترفين ، ولديهم معلومات أكثر دقة ، سيصقلون نتائج حساباتنا.
دعنا ننتبه إلى تسلسل التغييرات في كثافة الكواكب. أولئك الأقرب إلى الشمس لديهم كثافة أكبر. عندما تبتعد الكواكب عن الشمس ، تقل كثافتها أولاً ، ثم تنمو مرة أخرى. كثافة زحل هي الأصغر ، والأرض هي الأكبر. من المدهش أن تكون الشمس ، في حالة البلازما ، لها كثافة ( ) أكبر من كوكب المشتري وزحل وأورانوس ، والتي هي في حالة صلبة.
يُعتقد أن زحل يتكون أساسًا من الهيدروجين الصلب والهيليوم. في تركيب نبتون وبلوتو ، بالإضافة إلى الهيدروجين والهيليوم ، هناك عناصر كيميائية أخرى.
إذا افترضنا أن جميع الكواكب تكونت من نجم ، فيجب أن يكون لها تدرج كثافة مماثل تقريبًا لتلك التي تشكلت في الكواكب المتتالية. يتكون لب النجم من عناصر كيميائية أثقل ولدت أثناء حياته وتطوره ونزلت نحو المركز بفعل قوى الجاذبية. حقيقة أن زحل ، الذي يحتوي على أقل كثافة ، يتكون أساسًا من الهيدروجين ، يثير الافتراض بأن الهيدروجين ، كمصدر رئيسي للتفاعلات النووية الحرارية ، احتل المنطقة الوسطى من النجم ، حيث تحدث الانفجارات النووية الحرارية. يتم دفع معظم العناصر الكيميائية الثقيلة التي تولد في هذه الحالة بقوة جاذبية النجم إلى قلبه ، ويتم إخراج جزء أصغر من خلال الانفجارات نحو سطح النجم.
يدفعنا الوصف الموصوف أيضًا إلى افتراض أن الشمس الحديثة لها أيضًا تدرج كثافة مع تسلسل يحتوي على تدرج الكثافة لتسلسل الكواكب (الجدول 40). ويترتب على ذلك أن التفاعلات النووية الحرارية تحدث تقريبًا في المنطقة الكروية الوسطى للشمس ، والظواهر البارزة على سطحها هي نتائج هذه الانفجارات.
إذا كانت الفرضية الموصوفة لتغيير كثافة النجم في حالة البلازما قريبة من الواقع ، فإن الفرق بين قوة الطرد المركزي وقوة الجاذبية للشمس ، التي تعمل على نجم عابر ، يجب أن تتأخر ، أولاً الكل ، ذلك الجزء من البلازما الذي يحتوي على أعلى كثافة ، ويعني أقوى رابطة بين جزيئات العناصر الكيميائية. يجب إزالة الجزء الأخف من البلازما ، مع رابطة أصغر بين جزيئات العناصر الكيميائية ، من الشمس بواسطة قوة الطرد المركزي للقصور الذاتي ، والتي تكون أكبر من قوة جاذبية الشمس. يتم تأكيد احتمال حدوث مثل هذا السيناريو من خلال المد والجزر في محيطات الأرض ، التي تشكلت من خلال قوة الجاذبية للقمر ، والتي تعادل في العمل قوة القصور الذاتي.
بالطبع ، الماء ليس بلازما ، لكن سيولته كافية للاستجابة للتغير في حجم قوة الجاذبية للقمر مع تغير المسافة بين سطح المحيط والقمر بنسبة 3.3٪ فقط.
أنصاف أقطار الكواكب وأنصاف أقطار مداراتها ، وكذلك السرعات الزاوية لدوران الكواكب بالنسبة إلى محاورها والنسبية إلى الشمس ، والسرعات المدارية للكواكب. يتم عرضها في الجداول 62 ، 63.
الجدول 62
| الكواكب | أنصاف أقطار الكواكب ، م | نصف قطر المدار ، ، م |
| 1. الزئبق | ||
| 2. الزهرة | ||
| 3. الأرض | ||
| 4. المريخ | ||
| 5. كوكب المشتري | ||
| 6. زحل | ||
| 7. أورانوس | ||
| 8. نبتون | ||
| 9. بلوتو |
يتم عرض قوى الطرد المركزي المدارية من القصور الذاتي وقوى الجاذبية للشمس ، التي تعمل على الكواكب الحديثة ، في الجدول. 64. إن مساواتهم دليل على استقرار المدارات (الجدول 64).
الجدول 64
| الكواكب | السرعات الزاوية الخاصة بها ، راديان / ثانية | السرعات الزاوية المدارية ، راديان / ثانية | السرعات المدارية ، م / ث |
| 1- الزئبق | |||
| 2. الزهرة | |||
| 3. الأرض | |||
| 4. المريخ | |||
| 5. كوكب المشتري | |||
| 6. زحل | |||
| 7. أورانوس | |||
| 8. نبتون | |||
| 9. بلوتو |
من الطبيعي تمامًا أن هذا الجزء فقط من بلازماها بقي في المدار الأول ، الذي بدأ النجم في تكوينه ، والذي جاء من الفضاء إلى الشمس ، مما ضمن المساواة بين قوة جاذبية الشمس وقوة الطرد المركزي للقصور الذاتي (الجدول) 65). من الواضح أيضًا أن هذا الفصل لبلازما النجم بدأ في بداية دورانه بالنسبة للشمس ، لذلك يمكن أن تنخفض السرعة المدارية للبلازما المتبقية في المدار الأول.
الجدول 65
الكواكب الحديثة
| الكواكب |  |  |
| 1. الزئبق | ||
| 2. الزهرة | ||
| 3. الأرض | ||
| 4. المريخ | ||
| 5. كوكب المشتري | ||
| 6. زحل | ||
| 7. أورانوس | ||
| 8. نبتون | ||
| 9. بلوتو |
ومن الطبيعي أيضًا أن تكون قوى الجاذبية لهذا الجزء من البلازما التي بقيت في المدار الأول تشكل تشكيلًا كرويًا منه ، مشابهًا لشكل كوكب عطارد الحديث (الشكل 228 ، ب ، الموضع 6).
وهكذا ، بقي التكوين الكروي بكثافة عالية بما فيه الكفاية في المدار الأول ، والجزء المتبقي من بلازما النجم ابتعد عن الشمس بواسطة قوة الطرد المركزي من القصور الذاتي. نتيجة لذلك ، من البلازما المتراجعة ، شكلت قوى الجاذبية الجزء الثاني من البلازما بكتلة تضمن المساواة بين قوة جاذبية الشمس وقوة القصور الذاتي. من هذا الجزء ، تم تشكيل الكوكب الثاني ، كوكب الزهرة ، واستمرت البلازما المتبقية للنجم السابق في الابتعاد عن الشمس. ثم تشكل كوكبنا منه ، وانفصل جسم آخر عن الجزء المتراجع لبقايا النجم ، والذي نسميه الآن القمر. وهكذا ، ظهرت الأجزاء ذات الكثافة الأعلى تدريجياً من بلازما النجم السابق.
جاءت اللحظة عندما انفصل جزء من الكرة يحتوي على أكبر قدر من الهيدروجين ، والذي وفر التفاعلات الحرارية النووية للنجم ، وتشكل المشتري أولاً ، ثم زحل.
تحتوي البلازما المتبقية على كمية أقل من الهيدروجين وعناصر كيميائية أثقل ، والتي تم إلقاؤها بواسطة الانفجارات النووية على سطح النجم أثناء نشاطه الطبيعي. نتيجة لذلك ، زادت كثافة الكواكب الخارجية.
بالطبع ، عملية فصل كل جزء من بلازما النجم معقدة للغاية. هناك قوى ترابط بين جزيئات العناصر الكيميائية ومجموعاتها ، قوى الجاذبية الداخلية للنجم ، قوى الطرد المركزي من القصور الذاتي لدوران النجم حول محوره ، قوى الطرد المركزي المدارية من القصور الذاتي وقوى الجاذبية الشمس. ومع ذلك ، فإن حالة البلازما لمادة النجم تؤدي إلى حقيقة أن قوة الجاذبية للشمس تحتجز في المدار ، أولاً وقبل كل شيء ، ذلك الجزء منه الذي يحتوي على أعلى كثافة ، لأن القوى التي توحد هذا الجزء أكبر من القوى التي تعمل في الطبقات الأقل كثافة للنجم. في الجزء المتراجع من النجم ، ستشكل قوى الجاذبية مرة أخرى لب تلك العناصر الكيميائية الأقرب إلى مركزها.
من المخطط الموصوف لتكوين الكواكب ، نحصل على الفور على إجابة لسؤال أسباب حركتهم في مستوى واحد وتزامن دورانهم (باستثناء أورانوس) بالنسبة إلى محاورهم ونسبتهم إلى الشمس مع اتجاه دوران الشمس بالنسبة لمحورها.
من الطبيعي تمامًا أن يكون تكوين الأقمار الصناعية للكواكب نتيجة لحالة البلازما لأجزاء من النجم تتحرك بعيدًا عن الشمس. تم فصل بعض هذه الأجزاء عن ذلك الجزء من بلازما النجم ، والذي ، بعد أن انفصل عن نفسه جزءًا من تكوين كوكب ، مبتعدًا عن الشمس ، فقد بعضًا من بلازما النجم. تؤكد حقيقة أن كثافة القمر أقل من كثافة الأرض هذا الافتراض.
أما بالنسبة للدوران العكسي لأورانوس بالنسبة لمحوره ، فقد يكون هناك عدة أسباب لذلك ويجب تحليلها.
لذا ، فإن العملية الموصوفة لتشكيل الكوكب ممكنة إذا جاء جزء من بلازما النجم إلى كل مدار ، وستكون قوة الطرد المركزي أكبر من قوة جاذبية الشمس. كيفية التحقق من ذلك؟
لقد لاحظنا بالفعل دور قانون الحفاظ على الزخم الزاوي. بادئ ذي بدء ، يجب أن تكون الكتلة الإجمالية لجميع الكواكب وأقمارها الصناعية مساوية لكتلة النجم الذي تشكلت منه. علاوة على ذلك ، يجب أن تكون القيمة الإجمالية للحظات الحركية لجميع الكواكب الموجودة وأقمارها الصناعية مساوية للعزم الحركي للنجم في لحظة بداية دورانه بالنسبة للشمس (الشكل 228 ، ب ، الموضع 5). من السهل حساب كل من هذه الكميات. نتائج هذه الحسابات معروضة في الجداول 65-66. يبقى لنا فقط تقديم تفسيرات حول طريقة هذه الحسابات.
الجدول 65
| الكواكب | رمي الخاصة. لحظات | الرمي المداري. لحظات  |
| 1. الزئبق | ||
| 2. الزهرة | ||
| 3. الأرض | ||
| 4. المريخ | ||
| 5. كوكب المشتري | ||
| 6. زحل | ||
| 7. أورانوس | ||
| 8. نبتون | ||
| 9. بلوتو |
المعلومات الواردة في الجدول. 40 ، تم الحصول عليها من البيانات المرجعية على كواكب النظام الشمسي. تؤخذ من قيم السرعات الزاوية لدوران الكواكب حول محاورها وحول الشمس (الجدول 63) ، اللازمة لحساب اللحظات الحركية لدوران الكواكب بالنسبة إلى محاورها والنسبية إلى الشمس. الأنترنيت.
الجدول 66
| الكواكب | الرمي المداري. لحظات  | الرمية العامة. لحظات |
| 1. الزئبق | ||
| 2. الزهرة | ||
| 3. الأرض | ||
| 4. المريخ | ||
| 5. كوكب المشتري | ||
| 6. زحل | ||
| 7. أورانوس | ||
| 8. نبتون | ||
| 9. بلوتو | ||
| المجموع |
دعونا ننتبه إلى حقيقة أن الكواكب لها أشكال قريبة من كروية ، لذلك يتم تحديد لحظات القصور الذاتي حول محاور دورانها بواسطة الصيغة 
. المعلومات الهامة التالية (الجدول 65): الزخم الزاوي المداري لجميع الكواكب هو عدة مرات من حيث الحجم أكبر من الزخم الزاوي لدورانها بالنسبة إلى محاورها. نتيجة لذلك ، بالنسبة للحسابات التقريبية ، يكفي أخذ الزخم الزاوي الكلي لجميع الكواكب مساويًا لقيمها المدارية.
تجربة ميشيلسون مورليتهدف بشكل أساسي إلى تأكيد (أو دحض) وجود العالم الأثير من خلال الكشف عن "الريح الأثيرية" (أو حقيقة غيابها).
ألبرت أبراهام ميشيلسون 1852-1931
عالم فيزياء أمريكي من أصل ألماني ، اشتهر باختراع مقياس ميكلسون للتداخل الذي سمي باسمه ولقياساته الدقيقة لسرعة الضوء. في عام 1887 ، أجرى ميكلسون مع إي دبليو مورلي تجربة تعرف باسم تجربة ميكلسون مورلي. الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1907 "لابتكار أدوات بصرية دقيقة والدراسات الطيفية والمترولوجية التي أجريت بمساعدتهم".
إدوارد ويليامز مورلي1839 1923 ) - فيزيائي أمريكي.
كان أشهرها عمله في مجال قياس التداخل ، والذي تم إجراؤه بالاشتراك مع ميكلسون. في الكيمياء ، كان أعظم إنجاز لمورلي هو المقارنة الدقيقة للكتل الذرية للعناصر بكتلة ذرة الهيدروجين ، والتي من أجلها حصل العالم على جوائز من عدة جمعيات علمية.
جوهر التجربة في الاعتبار
يتمثل جوهر تجربة Michelson-Morley في الحصول على نمط تداخل في إعداد تجريبي والكشف عن أدنى تزامن بين حزمتين تحت تأثير "الريح الأثير". في هذه الحالة ، سيتم إثبات وجود الأثير. تم فهم الأثير بعد ذلك على أنه وسيط مشابه للمادة الموزعة حجميًا ، حيث ينتشر الضوء مثل الاهتزازات الصوتية.
جوهر التجربة على النحو التالي. شعاع ضوء أحادي اللون ، يمر عبر عدسة متقاربة ، يصطدم بمرآة نصف شفافة B ، مائلة بزاوية 45 درجة ، حيث تنقسم إلى شعاعين ، يتحرك أحدهما عموديًا على اتجاه الحركة المزعومة للجهاز بالنسبة إلى الأثير ، والآخر - بالتوازي مع هذه الحركة. على نفس المسافة L من المرآة B الشفافة ، تم تثبيت مرآتين مسطحتين - C و D. أشعة الضوء المنعكسة من هذه المرايا ، تسقط مرة أخرى على المرآة B ، تنعكس جزئيًا وتخترقها جزئيًا وتسقط على الشاشة (أو تلسكوب) E.
إذا كان مقياس التداخل في حالة سكون بالنسبة إلى الأثير ، فإن الوقت الذي يقضيه الشعاع الأول والثاني للضوء في طريقهما هو نفسه ، ويدخل شعاعان متماسكان في نفس المرحلة إلى الكاشف. وبالتالي ، يحدث التداخل ، ويمكن للمرء أن يلاحظ نقطة مضيئة مركزية في نمط التداخل ، يتم تحديد طبيعتها من خلال نسبة أشكال واجهة الموجة لكلا الحزم. إذا تحرك مقياس التداخل بالنسبة إلى الأثير ، فإن الوقت الذي تقضيه الأشعة في طريقها يتضح أنه مختلف. يجب أن يكون التحول المتوقع لنمط التداخل 0.04 من المسافة بين هامش التداخل.
من الصعوبات الرئيسية التي تمت مواجهتها تتمثل في إدخال الجهاز في الدوران دون إحداث تشوهات ، والآخر كان حساسيته الشديدة للاهتزازات.
تم القضاء على أول هذه الصعوبات تمامًا عن طريق تركيب الجهاز على حجر ضخم يطفو في الزئبق ؛ تم التغلب على الثانية عن طريق زيادة مسار الضوء بسبب الانعكاسات المتكررة إلى قيمة أكبر بعشر مرات من الأصل.
تبلغ مساحة اللوح الحجري حوالي 1.5 × 1.5 م ، وسمكه 0.3 م ، وكان يرتكز على عوامة خشبية على شكل حلقة يبلغ قطرها الخارجي 1.5 م ، وقطرها الداخلي 0.7 م ، وسمكها 0.25 م. • الزئبق الموجود في صينية من الحديد الزهر بسمك 1.5 سم وبأبعاد تسمح بوجود مساحة خالية تبلغ حوالي سنتيمتر واحد حول العوامة. تم وضع أربع مرايا في كل ركن من أركان الحجر. بالقرب من مركز الحجر كان هناك صفيحة زجاجية موازية للطائرة.
أجريت الملاحظات على النحو التالي. كان هناك ستة عشر علامة متساوية البعد حول صينية الحديد الزهر. تم إدخال الجهاز في دوران بطيء جدًا (دورة واحدة في ست دقائق) ، وبعد بضع دقائق ، في لحظة تمرير إحدى العلامات ، تم توجيه تقاطع خيوط الميكرومتر إلى حافة التداخل الأكثر سطوعًا. كان الدوران بطيئًا جدًا بحيث يمكن إجراؤه بسهولة ودقة. تمت ملاحظة قراءة رأس برغي الميكرومتر وتم إجراء دفعة خفيفة وسلسة للغاية للحفاظ على تحرك الحجر. عند اجتياز العلامة التالية ، تكرر الإجراء ، واستمر كل هذا حتى يكمل الجهاز ست دورات.
أثناء ملاحظات الظهيرة ، تم إجراء الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة ، أثناء الملاحظات المسائية ، في اتجاه عقارب الساعة. يتم عرض نتائج الملاحظات بيانياً في الشكل. 5. منحنى 1 يتوافق مع ملاحظات منتصف النهار ، ومنحنى 2 إلى ملاحظات مسائية. تظهر الخطوط المتقطعة ثُمن التحيز النظري. من الشكل يمكن أن نستنتج أنه إذا كان هناك أي إزاحة بسبب الحركة النسبية للأرض والأثير المضيء ، فلا يمكن أن يكون أكبر بكثير من 0.01 من المسافة بين النطاقات ، وهو ما لا يتوافق مع الافتراضات الأولية.
الميزات الأساسية للتجربة
لذا ، بعد مراقبة تركيبهم لمدة عام ، لم يجد ميكلسون ومورلي أي تحولات في نمط التداخل: هدوء أثيري كامل! نتيجة لذلك: الريح الأثيرية ، وبالتالي الأثير غير موجود. في غياب الرياح الأثيرية والأثير على هذا النحو ، هناك صراع لا يمكن حله بين ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية (مما يعني بعض الإطار المرجعي المطلق) ومعادلات ماكسويل (وفقًا لسرعة الضوء لها قيمة محدودة مستقلة عن اختيار إطار أصبح المرجع) واضحًا ، مما أدى في النهاية إلى ظهور نظرية النسبية. أظهرت تجربة ميشيلسون مورلي أخيرًا أنه لا يوجد "إطار مرجعي مطلق" في الطبيعة. أصبحت تجربة ميكلسون مورلي تأكيدًا أساسيًا لنظرية النسبية الخاصة. ظلت استنتاجات ميشيلسون ومورلي ثابتة حتى بعد تكرار التجربة التي أجريت منذ نهاية القرن التاسع عشر. وحتى يومنا هذا.
في عام 1881 ، أجرى ميكلسون تجربة شهيرة ، كان يأمل من خلالها اكتشاف حركة الأرض بالنسبة للأثير (الريح الأثيرية). في عام 1887 ، كرر ميكلسون تجربته مع مورلي على آلة أكثر تقدمًا. يظهر تركيب Michelson-Morley في الشكل. 150.1. دعمت قاعدة الطوب حوضًا حلقيًا من الحديد الزهر مملوءًا بالزئبق. عوامة خشبية تطفو على الزئبق ، على شكل النصف السفلي من دونات مقطوعة بالطول. تم تركيب بلاطة حجرية مربعة ضخمة على هذه العوامة. مثل هذا الجهاز يجعل من الممكن تدوير اللوحة بسلاسة حول المحور الرأسي للجهاز. تم تركيب مقياس تداخل ميكلسون على الصفيحة (انظر الشكل 123.1) ، تم تعديله بحيث تمر كلتا الشعاعين ، قبل العودة إلى الصفيحة الشفافة ، عدة مرات ذهابًا وإيابًا على طول المسار الذي يتزامن مع قطري الصفيحة. يظهر مخطط مسار الحزمة في الشكل. 150.2. تتوافق التعيينات في هذا الشكل مع التعيينات في الشكل. 123.1.
استندت التجربة على الاعتبارات التالية. لنفترض أن ذراع مقياس التداخل (الشكل 150.3) يتوافق مع اتجاه حركة الأرض بالنسبة إلى الأثير. بعد ذلك ، سيكون الوقت اللازم لانتقال الحزمة إلى المرآة والعودة مختلفًا عن الوقت المطلوب للشعاع 2 لسير المسار.
نتيجة لذلك ، حتى لو تساوى أطوال الذراعين ، فإن الشعاعين 1 و 2 سيكتسبان بعض الاختلاف في المسار. إذا تم تدوير الجهاز بزاوية 90 درجة ، فستغير الذراعين أماكنهما وسيغير اختلاف المسار الإشارة. يجب أن يؤدي هذا إلى حدوث تحول في نمط التداخل ، والذي يمكن اكتشاف حجمه ، كما هو موضح في حسابات ميكلسون.
لحساب الانزياح المتوقع لنمط التداخل ، فلنجد أوقات مرور المسيرات المقابلة بواسطة الحزمة 1 و 2. لنجعل سرعة الأرض بالنسبة إلى الأثير مساوية لها.
إذا لم تكن الأرض مقيدة بالأثير وكانت سرعة الضوء بالنسبة للأثير تساوي c (معامل انكسار الهواء يساوي عمليا الوحدة) ، فإن سرعة الضوء بالنسبة للجهاز ستكون مساوية لـ c - v للإتجاه و c + v للإتجاه ، لذلك ، وقت الشعاع 2 يُعطى بواسطة
(سرعة مدار الأرض 30 كم / ث ، لذلك
قبل الشروع في حساب الوقت ، ضع في اعتبارك المثال التالي من الميكانيكا. لنفترض أن القارب ، الذي يطور سرعته c بالنسبة إلى الماء ، يحتاج إلى عبور نهر يتدفق بسرعة v في اتجاه عمودي تمامًا على ضفافه (الشكل 150.4). لكي يتحرك القارب في اتجاه معين ، يجب توجيه سرعته c بالنسبة إلى الماء كما هو موضح في الشكل. لذلك ، فإن سرعة القارب بالنسبة للساحل ستكون مساوية لسرعة الشعاع 1 بالنسبة للجهاز (كما افترض ميكلسون).
لذلك ، فإن وقت الشعاع 1 هو
باستبدال القيمتين (150.1) و (150.2) في التعبير ، نحصل على الفرق بين مسارات الأشعة 1 و 2:
عندما يتم تدوير الأداة بزاوية 90 درجة ، سيغير اختلاف المسار الإشارة. وبالتالي ، فإن عدد الهوامش التي سينتقل بها نمط التداخل سيكون
كان طول الذراع الأول (مع الأخذ في الاعتبار الانعكاسات المتعددة) 11 مترًا ، وكان الطول الموجي للضوء في تجربة ميكلسون ومورلي 0.59 ميكرومتر. استبدال هذه القيم في الصيغة (150.3) يعطي نطاقات.
مكّن الجهاز من اكتشاف تحول بترتيب 0.01 هامش. ومع ذلك ، لم يتم العثور على أي تحول في نمط التداخل. لاستبعاد احتمال أن يكون مستوى الأفق في وقت القياسات متعامدًا على متجه السرعة المدارية للأرض ، تكررت التجربة في أوقات مختلفة من اليوم. بعد ذلك ، أجريت التجربة عدة مرات في أوقات مختلفة من العام (لمدة عام يدور ناقل السرعة المدارية للأرض في الفضاء بمقدار 360 درجة) وأعطت نتائج سلبية على الدوام. لا يمكن الكشف عن الرياح الأثيرية. ظل العالم الأثير بعيد المنال.
تم إجراء عدة محاولات لشرح النتيجة السلبية لتجربة ميشيلسون دون التخلي عن فرضية الأثير العالمي. ومع ذلك ، كل هذه المحاولات باءت بالفشل. قدم أينشتاين تفسيرًا شاملاً ومتسقًا لجميع الحقائق التجريبية ، بما في ذلك نتائج تجربة ميشيلسون ، في عام 1905. توصل أينشتاين إلى استنتاج مفاده أن الأثير العالمي ، أي وسيط خاص يمكن أن يكون بمثابة إطار مرجعي مطلق ، لا يخرج. وفقًا لهذا ، وسع أينشتاين المبدأ الميكانيكي للنسبية ليشمل جميع الظواهر الفيزيائية دون استثناء. علاوة على ذلك ، افترض أينشتاين ، وفقًا للبيانات التجريبية ، أن سرعة الضوء في الفراغ هي نفسها في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي ولا تعتمد على حركة مصادر الضوء وأجهزة الاستقبال.
يشكل مبدأ النسبية ومبدأ ثبات سرعة الضوء أساس النظرية النسبية الخاصة التي أنشأها أينشتاين (انظر الفصل الثامن من المجلد الأول).