Michelson Morleyn kokeissa havaittiin, että. Michelson-Morleyn kokeilu. Uusi valonnopeuden mittaus
Etenemään avaruudessa valo ei tarvitse "valoeetteriä".
On vaikea kuvitella absoluuttista tyhjyyttä - täydellistä tyhjiötä, joka ei sisällä mitään. Ihmistietoisuus pyrkii täyttämään sen ainakin jollakin aineellisella, ja monien vuosisatojen ajan ihmiskunnan historiassa uskottiin, että maailmanavaruus on täynnä eetteriä. Ajatuksena oli, että tähtienvälinen avaruus on täynnä jonkinlaista näkymätöntä ja aineetonta hienovaraista substanssia. Kun Maxwellin yhtälöjärjestelmä ennusti valon etenevän avaruudessa äärellisellä nopeudella, jopa tämän teorian kirjoittaja itse uskoi, että sähkömagneettiset aallot etenevät väliaineessa, aivan kuten akustiset aallot etenevät ilmassa ja meren aallot etenevät vedessä. 1800-luvun ensimmäisellä puoliskolla tutkijat jopa kehittelivät huolellisesti eetterin teoreettista mallia ja valon etenemismekaniikkaa, mukaan lukien kaikenlaiset vivut ja akselit, joiden oletetaan myötävaikuttavan värähtelevien valoaaltojen etenemiseen eetterissä.
Vuonna 1887 kaksi amerikkalaista fyysikkoa - Albert Michelson ja Henry Morley - päättivät yhdessä suorittaa kokeen, jonka tarkoituksena oli todistaa lopullisesti skeptikoille, että valopitoinen eetteri todella olemassa, täyttää universumin ja toimii väliaineena, jossa valo ja muut sähkömagneettiset aallot etenevät. Michelsonilla oli kiistaton auktoriteetti optisten instrumenttien suunnittelijana, ja Morley oli kuuluisa väsymättömänä ja erehtymättömänä kokeellisena fyysikkona. Heidän keksimäänsä kokemusta on helpompi kuvailla kuin toteuttaa käytännössä.
Michelson ja Morley käyttivät interferometri- optinen mittalaite, jossa valonsäde jaetaan kahtia läpikuultavan peilin avulla (lasilevy on hopeoitu toiselta puolelta juuri sen verran, että se läpäisee osittain siihen tulevat valonsäteet ja osittain heijastaa niitä; samanlaista tekniikkaa käytetään nykyäänkin järjestelmäkameroissa). Seurauksena säde halkeaa ja seurauksena on kaksi johdonmukainen säteet hajaantuvat suorassa kulmassa toisiinsa nähden, minkä jälkeen ne heijastuvat kahdesta heijastavasta peilistä, jotka ovat yhtä kaukana läpikuultavasta peilistä ja palaavat läpikuultavaan peiliin, jonka tuloksena oleva valonsäde mahdollistaa häiriökuvion havainnoinnin ja paljastaa pienimmänkin desynkronointi kaksi sädettä (yhden säteen viive suhteessa toiseen; katso Häiriöt).
Michelson-Morley-kokeella pyrittiin pohjimmiltaan vahvistamaan (tai kumoamaan) maailmaneetterin olemassaolo paljastamalla "eetterituulen" (tai tosiasian sen puuttumisesta). Itse asiassa maapallo liikkuu kiertoradalla Auringon ympäri suhteessa hypoteettiseen eetteriin puoli vuotta yhteen suuntaan ja seuraavat kuusi kuukautta toiseen suuntaan. Näin ollen puolen vuoden ajan "eetterituulen" tulisi puhaltaa Maan yli ja sen seurauksena siirtää interferometrin lukemia yhteen suuntaan ja puoli vuotta - toiseen. Joten tarkkaillessaan asennustaan vuoden ajan Michelson ja Morley eivät löytäneet mitään muutoksia häiriökuviossa: täydellinen eteerinen rauhallisuus! (Tällaiset nykyaikaiset kokeet, jotka suoritettiin korkeimmalla mahdollisella tarkkuudella, mukaan lukien kokeet laserinterferometreillä, antoivat samanlaisia tuloksia.) Joten: eetterituulta ja siten eetteriä ei ole olemassa.
Ilman eetterituulta ja eetteriä sellaisenaan syntyy ratkaisematon ristiriita Newtonin klassisen mekaniikan (jolloin sisältyy jonkinlainen absoluuttinen vertailukehys) ja Maxwellin yhtälöiden (jonka mukaan valon nopeudella on raja-arvo, joka on riippumaton kehyksen valinnasta) välillä. viittaus) tuli ilmeiseksi, mikä johti lopulta suhteellisuusteorian syntymiseen. Michelson-Morley-koe osoitti lopulta, että luonnossa ei ole "absoluuttista viitekehystä". Ja vaikka Einstein myöhemmin väittikin, ettei hän kiinnittänyt minkäänlaista huomiota kokeellisten tutkimusten tuloksiin suhteellisuusteoriaa kehittäessään, on tuskin tarpeen epäillä, että Michelson-Morley-kokeiden tulokset edistivät sen nopeaa hyväksymistä. niin radikaali teoria tiedeyhteisön vakavasti.
Edward Williams Morley
Edward Williams Morley, 1838-1923
Amerikkalainen fyysikko ja kemisti. Syntynyt Newarkissa, New Jerseyssä, kongregationalistipapin perheeseen. Huonon terveyden vuoksi hän ei käynyt koulua, vaan opiskeli kotona, ja isä valmisteli häntä jatkamaan kirkon palvelusta, mutta poika suosi luonnontieteitä ja ryhtyi opiskelemaan kemiaa ja luonnonhistoriaa. Lopulta hänestä tuli vertaansa vailla oleva kokeilija. Morley onnistui määrittämään vedyn ja hapen ominaismassat puhtaassa vedessä vertaansa vailla olevalla tarkkuudella. Kun kohtalo toi hänet Albert Michelsonin luo, hänen taitonsa kokeilijana osoittautuivat yksinkertaisesti korvaamattomiksi, ja nyt näiden kahden tiedemiehen nimet liittyvät erottamattomasti heidän kuuluisan kokemuksensa ansiosta.
Albert Abraham Michelson, 1852-1931
Amerikkalainen fyysikko, kansallisuudeltaan saksalainen (kuvassa). Syntyi Strelnon kaupungissa (nykyisin Strzelno) nykyaikaisen Puolan alueella (noin vuosina se oli osa Venäjän valtakuntaa). Kaksivuotiaana hän muutti vanhempiensa kanssa Yhdysvaltoihin. Hän varttui Kaliforniassa kuuluisan "kultakuumeen" aikakaudella, mutta tulevan tiedemiehen isä ei ollut mukana kullan etsinnässä, vaan pienimuotoisessa tukkukaupassa tämän taudin kattamissa kaupungeissa. Hän tuli Yhdysvaltain laivastoakatemiaan kongressiedustajansa erityisestä suosituksesta, hänet hyväksyttiin aktiiviseen palvelukseen, suoritti täyden harjoituskurssin, jonka jälkeen hänet nimitettiin fysiikan opettajaksi. Tämän ansiosta hänellä oli mahdollisuus osallistua optiikkaan ja erityisesti valonnopeuden mittauslaitteen rakentamiseen.
Jäätyään eläkkeelle varsinaisesta palveluksesta vuonna 1881, hänestä tuli ammattikorkeakoulun opettaja. Case (Case School of Applied Sciences) Clevelandissa, Ohiossa, missä hän jatkoi tutkimustaan. Vuonna 1907 Michelson sai fysiikan Nobelin palkinnon "tarkkuusoptisten instrumenttien kehittämisestä ja niillä tehdystä tutkimuksesta", nimittäin standardimittarin pituuden ja valon nopeuden tarkasta määrittämisestä tyhjiössä.
), samanlainen kuin elastiset aallot kaasussa tai nesteessä. Jos valonlähde ja vastaanotin, jotka sijaitsevat kiinteällä etäisyydellä toisistaan, liikkuvat nopeudella v Tämän aineen läpi, valon etenemisaika lähteestä vastaanottimeen riippuu nopeusvektorin ja lähteen ja vastaanottimen yhdistävän vektorin suhteellisesta sijainnista. Suhteellinen aikaero Δ t/t kun valo etenee yhdensuuntaisesti ja kohtisuorassa eetterivirtaan nähden, se on suuruusjärjestyksessä lähellä ( v/c) 2 , jos eetterin nopeus on paljon pienempi kuin valon nopeus. Michelsonin kokeessa käytettiin Maan kiertoradan liikettä hypoteettisen eetterin läpi (oletettavasti paikallaan Auringon suhteen) ja mitattiin ero valossa, joka kulki samanaikaisesti interferometrin kahden kohtisuoran haaran läpi; kun laitetta pyöritetään eetterivirrassa, interferometrin varsien läpi kulkevan valon ajan pitäisi muuttua, mikä johtaisi sähkömagneettisen aallon vaihe-eron muutokseen yhdensuuntaisissa ja kohtisuorassa varressa sekä muutokseen. havaittuun häiriökuvioon, joka syntyy näiden kahden valonsäteen lisäämisestä.
Tarkastellaan yksinkertaistettua versiota, jossa toinen varsista (1) sijaitsee eetterin liikettä laitteen läpi pitkin, toinen varsi on kohtisuorassa siihen nähden.
Laske kokonaisaika t 1 (\displaystyle t_(1)) valon kulku varren 1 läpi käyttämällä eteenpäin- ja taaksepäin liikkeen aikojen summaa ja osoittaen varren pituutta L 0 (\displaystyle L_(0)):
t 1 = L 0 c + v + L 0 c − v = (\näyttötyyli t_(1)=(\frac (L_(0))(c+v))+(\frac (L_(0))(c-v ))=)2 c L 0 c 2 − v 2 = 2 L 0 c 1 1 − v 2 c 2 ≈ 2 L 0 c (1 + v 2 c 2). (\displaystyle (\frac (2cL_(0))(c^(2)-v^(2)))=(\frac (2L_(0))(c))(\frac (1)(1-(1-( \frac (v^(2))(c^(2)))))\noin (\frac (2L_(0))(c))\left(1+(\frac (v^(2))) c^(2)))\oikea).)Arviointi johtuu v 2 / c 2 ≪ 1 (\displaystyle v^(2)/c^(2)\ll 1)(noin 10 − 8 (\displaystyle 10^(-8)), kun eetterin nopeus otetaan v (\displaystyle v)≈ 30 km/s ≈ 10 −4 c itseisarvoltaan sama ja suunnaltaan vastakkainen Maan kiertoradan nopeuden kanssa).
v 1 = | v 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)))))).Nyt voimme laskea:
t 2 = 2 L 1 c 1 1 + v 2 c 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))))))\noin (\frac (2L_(1))(c))\left( 1-(\frac (v^(2))(2c^(2)))\oikea)).L 1 (\displaystyle L_(1))- tämä on hypotenuusa, sitä pitkin signaali kulkee lisääntyneellä nopeudella, kun taas jalan kulku nopeudella c (\displaystyle c) antaa saman ajan kuin hypotenuusan ohittaminen tällä lisääntyneellä nopeudella. Siksi riittää, että huomioidaan lomakkeessa oleva aika
t 2 = 2 L 0 c (\displaystyle t_(2)=(\frac (2L_(0))(c)))Vaihe-ero on verrannollinen:
δ = c (t 2 − t 1) = 2 (L 0 − L 0 1 − v 2 c 2) (\displaystyle \delta =c(t_(2)-t_(1))=2\left((L_) (0)-(\frac (L_(0))(1-(\frac (v^(2))(c^(2))))))\oikea))S = | δ + δ′ | (\displaystyle S=|\delta +\delta ^(")|), missä δ ′ (\displaystyle \delta ^(")) on verrannollinen vaihe-eroon käännettäessä π 2 (\displaystyle (\frac (\pi )(2))):
S = 2 L 0 | 1 − 1 1 − v 2 c 2 | ≈ 2 L 0 v 2 c 2 . (\displaystyle S=2L_(0)\left|1-(\frac (1)(1-(\frac (v^(2))(c^(2)))))\right|\noin 2L_( 0)(\frac (v^(2))(c^(2))).)Osoitettiin, että eetteriteoria edellyttää vaihe-eroa yhdensuuntaisessa ja kohtisuorassa käsivarressa, joka voidaan kvantifioida ja havaita sopivilla kokeellisilla keinoilla (Michelson-Morley-interferometri).
Tarina [ | ]
tausta [ | ]
Teoria valon etenemisestä erityisen väliaineen - valoeetterin - värähtelyinä ilmestyi 1600-luvulla. Vuonna 1727 englantilainen tähtitieteilijä James Bradley selitti valon poikkeaman sen avulla. Oletettiin, että eetteri oli liikkumaton, mutta Fizeaun kokeiden jälkeen syntyi oletus, että eetteri oli osittain tai kokonaan mukana aineen liikkeen aikana.
Michelson-Morley-kokeellinen järjestely, jolla vuoden 1887 mittaukset tehtiin. Laite asetetaan massiiviselle kivilaatalle, jonka mitat ovat 1,5 × 1,5 × 0,3 m ja joka kelluu elohopeassa interferometrin varsien pituuden muutoksen eliminoimiseksi, kun laitetta pyöritetään.
Näiden tulosten vaikutuksesta George Fitzgerald ja Lorentz esittivät hypoteesin aineellisten kappaleiden supistumisesta liikkeen suunnassa liikkumattomassa ja jännittämättömässä eetterissä (1889).
Millerin kokeet [ | ]
Professori Dayton K. Millerin (Caesian School of Applied Sciences) mukaan:
Voidaan olettaa, että koe osoitti vain, että tietyssä kellarihuoneessa eetteri kulkeutuu mukanaan pituussuunnassa. Siksi siirrämme laitteen kukkulalle nähdäksemme, löytyykö sieltä vaikutusta. [ ]
Syksyllä 1905 Morley ja Miller suorittivat kokeen Euclidean Heightsissa Clevelandissa, joka sijaitsee noin 90 metrin korkeudessa Erie-järven ja noin 265 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella. Vuosina 1905-1906. tehtiin viisi havaintosarjaa, jotka antoivat tietyn positiivisen vaikutuksen - noin 1/10 odotetusta poikkeamasta.
Maaliskuussa 1921 menetelmää ja laitteistoa muutettiin jonkin verran ja tulokseksi saatiin 10 km/s "eetterituuli". Tulokset tarkistettiin huolellisesti magnetostriktioon ja lämpösäteilyyn liittyvien virheiden mahdollisen eliminoinnin varalta. Laitteen pyörimissuunnalla ei ollut vaikutusta kokeen tulokseen.
Myöhemmät tutkimukset D. Millerin saamista tuloksista osoittivat, että hänen havaitsemansa ja "eetterituulen" läsnäoloksi tulkitut vaihtelut ovat seurausta tilastollisista virheistä ja lämpötilavaikutusten laiminlyönnistä.
Kennedyn kokeiluja [ | ]
Haluaisin nyt tehdä muutaman huomautuksen Millerin kokeesta. Uskon, että vaikutukseen liittyy vakava ongelma, joka on jaksollinen laitteen täydelliselle kierrokselle ja jonka Miller vähättelee korostaen puolijaksovaikutuksen merkitystä, eli toistumista puolikierroksen aikana. laitteesta ja koskien kysymystä eteerisestä tuulesta. Monissa tapauksissa koko syklin vaikutus on paljon suurempi kuin puolisyklin vaikutus. Millerin mukaan kokonaisjaksovaikutus riippuu vyöhykkeiden leveydestä ja on nolla äärettömän leveillä kaistalla.
Vaikka Miller väittää pystyneensä poistamaan tämän vaikutuksen suurelta osin mittauksissaan Clevelandissa, ja tämä voidaan helposti selittää kokeella, haluaisin ymmärtää tämän syyt selvemmin. Puhuessani tällä hetkellä suhteellisuusteoriana, minun on sanottava, että tällaista vaikutusta ei ole ollenkaan. Itse asiassa laitteen pyöriminen kokonaisuutena, mukaan lukien valonlähde, ei anna minkäänlaista muutosta suhteellisuusteorian näkökulmasta. Ei pitäisi olla vaikutusta, kun maa ja alukset ovat levossa. Einsteinin mukaan sama tehon puute tulisi havaita liikkuvassa maassa. Kokonaisjaksovaikutus on siten ristiriidassa suhteellisuusteorian kanssa ja sillä on suuri merkitys. Jos Miller sitten löysi systemaattisia vaikutuksia, joiden olemassaoloa ei voida kiistää, on myös tärkeää tietää syy koko jaksovaikutukseen.
Michelsonin ja Gal[ | ]
Michelson-Galin kokeen kaavio
Vuonna 1925 Michelson ja Gael laskivat vesiputket maahan suorakulmion muotoon Clearingissä Illinoisissa. Putken halkaisija 30 cm. Putket AF ja DE suunnattiin tarkalleen lännestä itään, EF, DA ja CB - pohjoisesta etelään. Pituudet DE ja AF olivat 613 m; EF, DA ja CB - 339,5 m. Yksi yhteinen pumppu, joka toimii kolme tuntia, voi pumpata ilmaa 1 cmHg:n paineeseen. Siirtymän havaitsemiseksi Michelson vertaa kaukoputken kentässä häiriöhajoja, jotka saadaan juoksemalla suurten ja pienten ääriviivojen ympäri. Yksi valonsäde kulki myötäpäivään, toinen vastaan. Maan pyörimisen aiheuttaman vyöhykkeen siirtymän nauhoittivat eri ihmiset eri päivinä peilien täydellisellä uudelleenjärjestelyllä. Mittauksia tehtiin yhteensä 269 kappaletta. Teoreettisesti olettaen eetterin olevan liikkumaton, pitäisi odottaa kaistan siirtymistä 0,236 ± 0,002. Havaintotietojen käsittely tuotti 0,230 ± 0,005 poikkeaman, mikä vahvisti Sagnac-ilmiön olemassaolon ja suuruuden.
Nykyaikaiset vaihtoehdot[ | ]
Vuonna 1958 Columbia Universityssä (USA) tehtiin vielä tarkempi koe kahden maserin vastasuuntaisilla säteillä, jotka osoittivat taajuuden riippumattomuuden Maan liikkeestä noin 10–9 prosentin tarkkuudella.
Vielä tarkemmat mittaukset vuonna 1974 toivat herkkyyden arvoon 0,025 m/s. Michelsonin kokeen nykyaikaiset versiot käyttävät optisia ja kryogeenisiä interferometrejä interferometrien sijaan [ selventää] mikroaaltoresonaattorit ja mahdollistavat valonnopeuden Δ poikkeaman havaitsemisen c/c, jos se olisi ~10 −18 . Lisäksi Michelsonin kokeen nykyaikaiset versiot ovat herkkiä Lorentzin invarianssin hypoteettisille rikkomuksille, ei vain Maxwellin yhtälöissä (sähkömagneettisille aalloilla, kuten klassisessa kokeessa), mutta myös
Venäläinen tiedemies V.A. Atsyukovsky analysoi tarkasti Einsteinin suhteellisuusteorioiden kokeelliset perusteet ja päätyi seuraavaan johtopäätökseen: "Erilaisten tutkijoiden suorittamien kokeiden tulosten analyysi SRT:n ja GRT:n määräysten tarkistamiseksi osoitti, että kokeet, joissa positiivisia ja yksiselitteisesti tulkittuja tuloksia olivat saatu, mikä vahvistaa suhteellisuusteorioiden ehdot ja johtopäätökset A. Einsteinia ei ole olemassa."
Tämä johtopäätös ulottuu kuuluisimpaan kokeeseen, Michelson-Morley-kokeeseen. Huomaa, että Michelson-Morley-interferometri oli paikallaan suhteessa Maahan, vain valo liikkui. Kirjoittajat uskoivat pystyvänsä korjaamaan Maan nopeuden V = 30 km/s Auringon suhteen vaikutuksen valon interferenssireunan taipumiseen. Laskelma tehtiin kaavan mukaan
Odotettua 0,04:n reunasiirtymää ei kirjattu. Ja kirjoittajat eivät jostain syystä alkaneet etsiä syytä teorian ja kokeen välisille ristiriitaisuuksille. Tehdään se heidän puolestaan.
Koska fotoneilla on massa, maa on niille inertiallinen viitekehys ja niiden käyttäytyminen painovoiman alueella ei saa poiketa muiden kappaleiden käyttäytymisestä, joilla on massaa tässä kentässä, joten meidän on korvattava yllä oleva kaava, ei nopeus. Maan nopeus suhteessa aurinkoon (V = 30 km / s) ja Maan pinnan nopeus (V = 0,5 km / s), joka muodostuu sen pyörimisestä akselinsa ympäri. Silloin odotettu interferenssin reunan siirtymä Michelson-Morley-kokeessa ei ole 0,04, vaan paljon pienempi.
. (423)
Siksi ei ole yllättävää, että Michelson-Morley-instrumentti ei osoittanut muutosta interferenssin reunassa. Ja nyt tiedämme syyn tähän: siitä puuttui tarvittava herkkyys (tarkkuus).
Siitä huolimatta Nobel-komitea myönsi vuonna 1907 A. Michelsonille Nobel-palkinnon "Tarkkuusoptisten instrumenttien luomisesta ja spektroskooppisten ja metrologisten tutkimusten suorittamisesta niiden avulla." Lisätään, että Michelsonin kokeen virheellinen tulkinta oli A. Einsteinin virheellisten suhteellisuusteorioiden kokeellinen perusta.
Mutta entä jos laittaisimme tällaisen kokeen niin, että siinä valonlähde ja häiriörajan siirtymän korjaava laite liikkuvat (pyörivät) Maan gravitaatiokentässä? Tässä tapauksessa instrumenttien lukemia verrataan koko asennuksen pyörimisen puuttuessa ja sen pyörimisen aikana. On heti selvää, että ilman asennuksen pyörimistä mittausperiaate ei poikkea Michelson-Morley-kokeen mittausperiaatteesta, eikä laite näytä häiriörajan siirtymää. Mutta heti kun asennus alkaa pyöriä Maan painovoimakentässä, ilmoitetun kaistan siirtymän pitäisi ilmestyä välittömästi. Tämä selittyy sillä, että kun valo siirtyy lähteestä vastaanottimeen, jälkimmäisen paikka muuttuu Maan painovoimakentässä suhteessa lähteeseen, ja laitteen on tallennettava osoitetun kaistan siirtymä.
Korostamme vielä kerran: signaalilähteen ja vastaanottimen sijainti Michelson-Morley-kokeessa ei muutu suhteessa toisiinsa Maan painovoimakentässä, mutta kuvaamassamme esimerkissä muuttuu. Tämä on tärkein ero näiden kokeiden välillä. Kuvattu alkeislogiikka vahvistaa Sagnacin kokemukset vakuuttavasti. Hänen kokeilunsa tulokset ovat ristiriidassa Michelson-Morley-interferometrin lukemien kanssa, ja relativistit vaikenevat ja jättävät itsepäisesti huomiotta tämän tosiasian osoittaen selvästi, että he eivät ole kiinnostuneita tieteellisestä totuudesta.
Olemme antaneet melko vahvan todisteen Einsteinin suhteellisuusteorioiden virheellisyydestä, joten tahattomasti herää kysymys: kuinka voimme nyt havaita sen tosiasian, että A. Einsteinin suhteellisuusteoriat ovat relativistien mukaan kaikkien fysiikan saavutusten perusta. 1900-luvulla? Erittäin yksinkertainen! Kaikki nämä saavutukset ovat tulosta pääasiassa kokeellisten fyysikkojen ponnisteluista, jotka eivät tehneet kokeita testatakseen fyysisiä teorioita, vaan saadakseen sellaisen tuloksen, jota voitaisiin käyttää sotilaallisiin tarkoituksiin tai kilpailussa valloittaessaan markkinoita tuotteilleen.
Teoreetikot tietysti yrittivät löytää selityksen näille saavutuksille, jotenkin perustella niitä, mutta nämä selitykset osoittautuivat likimääräisiksi ja pinnallisiksi. Pääjarru aineen ja maailmankaikkeuden syvien perustan selittämisessä oli Einsteinin virheellisten teorioiden muodostama ajattelun stereotyyppi ja hänen kannattajiensa sinnikkyys puolustaessaan näitä teorioita kritiikiltä.
12.5. Kuinka aurinkokunnan planeetat syntyivät?
Analysoidaan vain sitä aurinkokunnan planeettojen muodostumista koskevaa hypoteesia, jonka mukaan ne syntyivät lähellä aurinkoa lentävästä tähdestä, joka vangitsi sen painovoimakentällä (kuva 228, a).
Riisi. 228. a) - kaavio planeettojen liikkeestä Auringon ympäri; järjestelmä
tähden A mukanaan tuoma auringon vetovoima (C)
kiertoradalle
Tämä hypoteesi antaa meille mahdollisuuden löytää vastauksia useimpiin tärkeimpiin planeettojen syntymiseen liittyviin kysymyksiin.
Aloitetaan aurinkokunnan planeettojen syntyprosessin analyysi pääkysymysten muotoilulla, joihin vastausten pitäisi seurata tästä analyysistä.
1. Miksi kaikkien planeettojen kiertoradat ovat melkein pyöreitä?
2. Miksi kaikkien planeettojen kiertoradat ovat lähes samassa tasossa?
3. Miksi kaikki planeetat pyörivät Auringon ympäri samaan suuntaan?
4. Miksi planeettojen pyörimissuunnat (Uranusta lukuun ottamatta) akselinsa ympäri ovat samat kuin niiden pyörimissuunnat Auringon ympäri?
5. Miksi useimpien planeettasatelliittien kiertoradat ovat lähellä niiden päiväntasaajan tasoja?
6. Miksi useimpien satelliittien kiertoradat ovat lähes ympyrän muotoisia?
7. Miksi suurin osa satelliiteista ja Saturnuksen rengas pyörivät planeettojensa ympäri samaan suuntaan kuin aurinkoa ympäröivät planeetat?
8. Miksi on olemassa planeetan tiheysgradientti?
9. Voidaanko olettaa, että planeettojen tiheyden muuttumisen säännöllisyys niiden siirtyessä pois Auringosta on samanlainen kuin olemassa olevan Auringon tiheyden muutos, alkaen sen ytimestä pintaan?
10. Miksi, kun planeetat siirtyvät pois Auringosta, niiden tiheys ensin pienenee ja sitten hieman kasvaa?
Olemme jo osoittaneet, että perusalkuainehiukkasten: fotonien, elektronien, protonien ja neutronien muodostumista ohjaa liikemäärän (momentumin) säilymislaki, jonka matemaattinen malli on Planckin vakio (219). Olemme kutsuneet tätä lakia aineellisen maailman muodostumista hallitsevaksi päälaiksi. Tästä seuraa, että saman lain olisi pitänyt ohjata aurinkokunnan planeettojen syntyprosessia. Nyt olemme vakuuttuneita tämän hypoteesin ja todellisuuden välisen yhteyden suuresta todennäköisyydestä.
Koska planeetoilla ei ole suoraviivaisia liikkeitä, vaan ne pyörivät suhteessa aurinkoon ja suhteessa akseleihinsa, käytämme näiden pyörimien kuvaamiseen liikemäärän säilymislain matemaattista mallia.
Nyt muotoilemme hypoteesin. Aurinkokunnan planeetat muodostuivat tähdestä, joka lensi Auringon ohi ja vangitsi sen gravitaatiokentän (kuva 228, b, sijainnit: 1, 2, 3, 4, 5…). Kun tähti oli kaukana Auringosta, se avaruudessa liikkuessaan pyöri vain akselinsa ympäri, joka oli (enimmäkseen) Auringon pyörimisakselin suuntainen. On aivan luonnollista, että tähdellä oli oma kulmamomenttinsa, jonka suuruus ei ole meille tiedossa. Tiedämme kuitenkin, että ulkoisten voimien puuttuminen piti tämän hetken vakiona. Kun lähestyimme Aurinkoa, Auringon vetovoima alkoi vaikuttaa tähteen.
Oletetaan, että tämä tähti lensi Auringon ohi etäisyydellä, joka on yhtä suuri kuin etäisyys Auringosta ensimmäiseen Merkuriukseen. On aivan luonnollista, että Auringon painovoima (kuva 228, b, sijainnit: 2, 3, 4 ...) sai tämän tähden ympyräliikkeeseen Auringon ympäri. Seuraava oletus on, että tähden pyörimissuunta akselinsa ympäri osui yhteen tähden pyörimissuunnan kanssa Auringon ympäri. Seurauksena oli, että Auringon ympäri kiertävä kulmamomentti lisättiin tähden pyörimiskulman akselinsa ympäri.
Koska tähti oli Auringon tapaan plasmatilassa, vain massaltaan ja kooltaan pienempi kuin Aurinko, se voisi pysyä kiertoradalla vain, jos Auringon keskipakovoima ja vetovoima olivat yhtä suuret (kuva 228, b). , sijainti 5). Jos tätä tasa-arvoa ei olisi olemassa, vain se osa vahvasti sidottua tähtiplasmaa (kuva 228, sijainti 6), joka takasi keskipakoisen hitausvoiman ja Auringon gravitaatiovoiman välisen tasa-arvon, pystyi pitämään kiinni muodostuneesta ensin. kiertoradalla. Jäljelle jäänyt osa tähden plasmasta alkoi siirtyä pois Auringosta suuremman keskipakohitausvoiman vaikutuksesta (kuva 228, sijainti 7). Siirtyessään pois Auringosta, seuraava osa vakaata rakennetta alkoi muodostua väistyneestä tähden osasta, jonka Auringon gravitaatiovoima jälleen erotti tähden plasmasta ja muodosti toisen planeetan - Venuksen. Kuvattu tapahtumasarja muodosti planeetat Auringon ympärillä.
Nyt meidän on todistettava kuvatun hypoteettisen skenaarion luotettavuus aurinkokunnan syntymiselle. Tätä varten keräämme tietoa aurinkokunnan planeettojen nykyisestä tilasta. Näihin tietoihin on tarpeen sisällyttää kaikkien planeettojen ja niiden tärkeimpien satelliittien massat, kaikkien planeettojen tiheydet, niiden säteet sekä kiertoradan säteet, kiertonopeudet ja planeettojen pyörimiskulmanopeudet noin heidän kirveensä. Näiden tietojen avulla voimme löytää tähden kiertoradan kulmamomentin sillä hetkellä, kun se alkaa pyöriä Auringon ympäri. Tähti, joka siirtyy pois Auringosta sen vuoksi, että hitausvoiman keskipakovoima on suurempi kuin Auringon gravitaatiovoima, jättää olemassa olevien planeettojen kiertoradalle yhtä paljon plasmamassaa kuin niillä on kiinteässä tilassa yhdessä niiden kanssa. satelliitteja.
On aivan luonnollista, että kaikkien nykyaikaisten planeettojen kokonaiskulmaliikemäärä on yhtä suuri kuin tähden kulmaliikemäärä sillä hetkellä, kun sen kiertoliike alkaa Auringon ympäri (kuva 228, b, sijainti 5).
Joten, annetaan perustiedot Auringosta ja sen planeetoista. Auringolla on massaa 
. Sen säde on , ja sen tiheys 
. Auringon pyörimiskulma akselinsa ympäri on 
. Tiedetään, että kaikkien planeettojen ja niiden satelliittien massojen summa on lähes 1000 kertaa pienempi kuin Auringon massa. Alla, taulukossa. 61 näyttää aurinkokunnan planeettojen massat ja niiden tiheydet.
Taulukko 61. Planeettojen ja niiden satelliittien massat ja planeettojen tiheydet
| planeetat | Massat, , kg | tiheys, |
| 1. Elohopea | ||
| 2. Venus | ||
| 3. Maa |  | |
| 4. Mars | ||
| 5. Jupiter |  | |
| 6. Saturnus |  | |
| 7. Uranus | ||
| 8. Neptunus |  | |
| 9. Pluto | ||
| Kaikki yhteensä |
Otimme Internetistä perustiedot planeettojen parametreista: Tähtitiede + Tähtitiede amatööreille + Aurinkokunta + planeettojen nimet + planeetta numeroina. Kävi ilmi, että tämän taustatiedon kokoajat tekivät useita virheitä. Esimerkiksi Jupiterin ja Saturnuksen kiertoradan säteet ovat heidän tietojensa mukaan samat, kun taas Neptunuksen kiertoradan säde tähtitieteellisissä yksiköissä poikkeaa sen arvosta kilometreissä ilmaistuna. Meistä näyttää siltä, että julkaistu hypoteesi kiinnostaa ammattitähtitieteilijöitä, ja he, joilla on tarkempia tietoja, tarkentavat laskelmiemme tuloksia.
Kiinnitämme huomiota planeettojen tiheyden muutosten järjestykseen. Niillä, jotka ovat lähempänä aurinkoa, on suurempi tiheys. Kun planeetat siirtyvät pois auringosta, niiden tiheys ensin pienenee ja sitten kasvaa uudelleen. Saturnuksella on pienin tiheys ja maapallolla suurin. On yllättävää, että Auringon ollessa plasmatilassa on tiheys ( ) suurempi kuin Jupiterilla, Saturnuksella ja Uranuksella, jotka ovat kiinteässä tilassa.
Uskotaan, että Saturnus koostuu pääasiassa kiinteästä vedystä ja heliumista. Neptunuksen ja Pluton koostumuksessa on vedyn ja heliumin lisäksi muita kemiallisia alkuaineita.
Jos oletetaan, että kaikki planeetat muodostuivat tähdestä, sen tiheysgradientin tulisi olla suunnilleen sama kuin peräkkäin muodostuneilla planeetoilla. Tähden ydin koostui raskaammista kemiallisista alkuaineista, jotka syntyivät sen elämän ja evoluution aikana ja laskeutuivat sen painovoiman vaikutuksesta keskustaan. Se tosiasia, että Saturnus, jonka tiheys on pienin, koostuu pääasiassa vedystä, herättää oletuksen, että vety lämpöydinreaktioiden päälähteenä miehitti tähden keskialueen, jossa tapahtuu lämpöydinräjähdyksiä. Suurin osa tässä tapauksessa syntyvistä raskaista kemiallisista alkuaineista joutuu tähden painovoiman vaikutuksesta sen ytimeen, ja pienempi osa sinkoutuu räjähdyksillä kohti tähden pintaa.
Kuvattu saa meidät myös olettamaan, että nykyisellä Auringolla on myös tiheysgradientti, jonka sekvenssi on planeettojen sekvenssin tiheysgradientilla (taulukko 40). Tästä seuraa, että lämpöydinreaktiot tapahtuvat suunnilleen Auringon keskimmäisellä pallomaisella alueella ja sen pinnan kohokohdat ovat seurausta näistä räjähdyksistä.
Jos kuvattu hypoteesi plasmatilassa olevan tähden tiheyden muutoksesta on lähellä todellisuutta, niin ohittavaan tähteen vaikuttaneen Auringon keskipakovoiman ja gravitaatiovoiman eron olisi pitänyt viivästyä, ensin kaikki, se osa plasmasta, jolla on suurin tiheys ja tarkoittaa vahvinta sidosta kemiallisten alkuaineiden molekyylien välillä. Plasman kevyempi osa, jossa on pienempi sidos kemiallisten alkuaineiden molekyylien välillä, on poistettava Auringosta keskipakois-inertiavoimalla, joka on suurempi kuin Auringon gravitaatiovoima. Tällaisen skenaarion todennäköisyyden vahvistavat Maan valtamerissä olevat vuorovedet, jotka muodostuvat Kuun gravitaatiovoimasta, joka vastaa toiminnassa inertiavoimaa.
Vesi ei tietenkään ole plasma, mutta sen juoksevuus on riittävä vastaamaan Kuun gravitaatiovoiman suuruuden muutokseen, kun valtameren pinnan ja Kuun välinen etäisyys muuttuu vain 3,3%.
Planeettojen säteet ja niiden kiertoradan säteet sekä planeettojen pyörimiskulmanopeudet suhteessa niiden akseleihin ja suhteessa aurinkoon sekä planeettojen kiertonopeudet. Ne on esitetty taulukoissa 62, 63.
Taulukko 62
| planeetat | Planeettojen säteet, , m | Radan säteet, , m |
| 1. Elohopea | ||
| 2. Venus | ||
| 3. Maa | ||
| 4. Mars | ||
| 5. Jupiter | ||
| 6. Saturnus | ||
| 7. Uranus | ||
| 8. Neptunus | ||
| 9. Pluto |
Nykyaikaisilla planeetoilla vaikuttavat kiertoradan keskipakovoimat ja Auringon gravitaatiovoimat on esitetty taulukossa. 64. Niiden yhtäläisyys on todiste ratojen stabiilisuudesta (taulukko 64).
Taulukko 64
| planeetat | Omat kulmanopeudet, , rad/s | Radan kulmanopeudet, , rad/s | Ratanopeudet, , m/s |
| 1.Elohopea | |||
| 2. Venus | |||
| 3. Maa | |||
| 4. Mars | |||
| 5. Jupiter | |||
| 6. Saturnus | |||
| 7. Uranus | |||
| 8. Neptunus | |||
| 9. Pluto |
On aivan luonnollista, että ensimmäiselle kiertoradalle jäi vain se osa sen plasmasta, jonka tähti alkoi muodostua ja joka tuli avaruudesta aurinkoon, mikä varmisti Auringon gravitaatiovoiman ja keskipakoisen hitausvoiman välisen tasa-arvon (Taulukko 65) . On myös ilmeistä, että tällainen tähden plasman erottuminen alkoi aivan sen pyörimisen alussa aurinkoon nähden, joten ensimmäiselle kiertoradalle jäävän plasman kiertonopeus saattoi laskea.
Taulukko 65
nykyaikaiset planeetat
| planeetat |  |  |
| 1. Elohopea | ||
| 2. Venus | ||
| 3. Maa | ||
| 4. Mars | ||
| 5. Jupiter | ||
| 6. Saturnus | ||
| 7. Uranus | ||
| 8. Neptunus | ||
| 9. Pluto |
On myös luonnollista, että ensimmäiselle kiertoradalle jääneen plasman osan gravitaatiovoimat muodostivat siitä pallomaisen muodostelman, joka on samanlainen kuin nykyisen Merkuriuksen muoto (kuva 228, b, sijainti 6).
Näin ollen ensimmäiselle kiertoradalle jäi pallomainen muodostuma, jonka tiheys oli riittävän suuri, ja jäljellä oleva osa tähden plasmasta siirtyi pois Auringosta hitauskeskipakovoiman vaikutuksesta. Tämän seurauksena taantuvasta plasmasta painovoimat muodostivat plasman toisen osan, jonka massa varmistaa tasa-arvon Auringon painovoiman ja hitausvoiman välillä. Tästä osasta muodostui toinen planeetta, Venus, ja entisen tähden jäljellä oleva plasma jatkoi siirtymistä pois auringosta. Sitten siitä muodostui planeettamme, ja toinen esine erottui taantuvasta osasta tähtijäännöksestä, jota kutsumme nyt Kuuksi. Siten entisen tähden plasmasta nousi vähitellen osia, joilla oli suurempi tiheys.
Hetki tuli, kun osa pallosta, jossa oli suurin määrä vetyä, joka tarjosi tähden lämpöydinreaktiot, erottui, ja ensin muodostui Jupiter ja sitten Saturnus.
Jäljelle jääneessä plasmassa oli vähemmän vetyä ja enemmän raskaampia kemiallisia alkuaineita, joita ydinräjähdykset heittivät tähden pintaan sen normaalin toiminnan aikana. Tämän seurauksena syrjäisimpien planeettojen tiheys kasvoi.
Tietenkin tähden plasman jokaisen osan erottaminen on erittäin monimutkaista. Kemiallisten alkuaineiden molekyylien ja niiden ryhmien välillä on sidosvoimat, tähden sisäiset painovoimat, tähden akselin ympäri kiertämisen keskipakohitausvoimat, kiertoradan keskipakoinertiavoimat ja tähtien gravitaatiovoimat. Aurinko. Tähden aineen plasmatila johtaa kuitenkin siihen, että Auringon gravitaatiovoima pidättää kiertoradalla ennen kaikkea sen osan, jolla on suurin tiheys, koska tätä osaa yhdistävät voimat ovat suurempia kuin voimat, jotka vaikuttavat tähden vähemmän tiheissä kerroksissa. Tähden väistyvässä osassa gravitaatiovoimat muodostavat jälleen niiden kemiallisten alkuaineiden ytimen, jotka ovat lähempänä sen keskustaa.
Kuvatusta planeettojen muodostumiskaaviosta saamme välittömästi vastauksen kysymykseen niiden liikkeen syistä yhdessä tasossa ja niiden pyörimisten yhteensopivuudesta (paitsi Uranus) suhteessa niiden akseleihin ja suhteessa aurinkoon pyörimissuunnan kanssa. Aurinko akselinsa suhteen.
On aivan luonnollista, että planeettasatelliittien muodostuminen on seurausta Auringosta poispäin lähtevien tähden osien plasmatilasta. Jotkut näistä osista erotettiin siitä osasta tähden plasmaa, joka erotettuaan itsestään osan planeetan muodostumista varten, poistuessaan Auringosta, menetti osan plasmastaan. Se tosiasia, että Kuun tiheys on pienempi kuin Maan tiheys, vahvistaa tämän oletuksen.
Mitä tulee Uranuksen käänteiseen pyörimiseen akselinsa suhteen, tähän voi olla useita syitä ja ne on analysoitava.
Kuvattu planeetan muodostumisprosessi on siis mahdollinen, jos jokaiselle kiertoradalle tulee osa tähden plasmasta, jonka keskipakovoima on suurempi kuin Auringon gravitaatiovoima. Kuinka tarkistaa se?
Olemme jo panneet merkille liikemäärän säilymislain roolin. Ensinnäkin kaikkien planeettojen ja niiden satelliittien kokonaismassan on oltava yhtä suuri kuin sen tähden massa, josta ne muodostuivat. Lisäksi kaikkien olemassa olevien planeettojen ja niiden satelliittien kineettisten momenttien kokonaisarvon tulee olla yhtä suuri kuin tähden kineettinen momentti sen pyörimisen alkamishetkellä suhteessa aurinkoon (kuva 228, b, sijainti 5). Molemmat määrät on helppo laskea. Näiden laskelmien tulokset on esitetty taulukoissa 65-66. Meidän tehtävämme on vain selittää näiden laskelmien menetelmä.
Taulukko 65
| planeetat | Oma heitto. hetkiä, | Orbitaalinen heitto. hetkiä,  |
| 1. Elohopea | ||
| 2. Venus | ||
| 3. Maa | ||
| 4. Mars | ||
| 5. Jupiter | ||
| 6. Saturnus | ||
| 7. Uranus | ||
| 8. Neptunus | ||
| 9. Pluto |
Taulukossa esitetyt tiedot. 40, saatu vertailutiedoista aurinkokunnan planeetoista. Planeettojen pyörimiskulmanopeuksien arvot omien akseliensa ympäri ja Auringon ympäri (taulukko 63), jotka ovat välttämättömiä planeettojen kineettisten pyörimismomenttien laskemiseksi suhteessa niiden akseleihin ja suhteessa aurinkoon, on otettu kohteesta. Internetissä.
Taulukko 66
| planeetat | Orbitaalinen heitto. hetkiä,  | Yleinen heitto. hetkiä, |
| 1. Elohopea | ||
| 2. Venus | ||
| 3. Maa | ||
| 4. Mars | ||
| 5. Jupiter | ||
| 6. Saturnus | ||
| 7. Uranus | ||
| 8. Neptunus | ||
| 9. Pluto | ||
| Kaikki yhteensä |
Kiinnittäkäämme huomiota siihen, että planeetat ovat muodoltaan lähellä pallomaisia, joten niiden hitausmomentit pyörimisakseleiden suhteen määräytyvät kaavalla 
. Seuraavat tärkeät tiedot (Taulukko 65): kaikkien planeettojen kiertoliikkeen liikemäärä on useita suuruusluokkia suurempi kuin niiden pyörimisen kulmamomentti suhteessa niiden akseleihin. Tämän seurauksena likimääräisiä laskelmia varten riittää, että kaikkien planeettojen kokonaiskulmaliikemäärä on yhtä suuri kuin niiden kiertoradat.
Michelson-Morleyn kokeilu pohjimmiltaan tavoitteena on vahvistaa (tai kumota) maailmaneetterin olemassaolo paljastamalla "eetterituulen" (tai tosiasian sen puuttumisesta).
Albert Abraham MICELSON 1852-1931
Saksalaistaustainen amerikkalainen fyysikko, joka tunnetaan hänen mukaansa nimetyn Michelson-interferometrin keksimisestä ja valonnopeuden tarkkuudesta. Vuonna 1887 Michelson suoritti E. W. Morleyn kanssa kokeen, joka tunnetaan Michelson-Morley-kokeena. Nobelin fysiikan palkinnon voittaja vuonna 1907 "tarkkojen optisten instrumenttien luomisesta ja niiden avulla suoritetuista spektroskopisista ja metrologisista tutkimuksista".
Edward Williams Morley1839 1923 ) - Amerikkalainen fyysikko.
Tunnetuin oli hänen työnsä interferometrian alalla, suoritettu yhdessä Michelsonin kanssa. Kemiassa Morleyn korkein saavutus oli alkuaineiden atomimassojen tarkka vertailu vetyatomin massaan, josta tiedemies palkittiin useilta tiedeseuroilta.
KÄYTETTÄVÄN KOKEMUKSEN YDIN
Michelson-Morley-kokeen ydin on saada interferenssikuvio kokeellisella asetuksella ja paljastaa kahden säteen pieninkin epäsynkronointi "eetterituulen" vaikutuksen alaisena. Tässä tapauksessa eetterin olemassaolo todistettaisiin. Eetteri ymmärrettiin silloin väliaineeksi, joka oli samanlainen kuin tilavuusjakauman aine, jossa valo etenee äänen värähtelyn tavoin.
Kokemuksen ydin on seuraava. Suppenevan linssin läpi kulkeva monokromaattinen valonsäde osuu 45 asteen kulmaan kallistettuun läpikuultavaan peiliin B, jossa se jakautuu kahdeksi säteeksi, joista toinen liikkuu kohtisuorassa laitteen väitetyn liikkeen suuntaan nähden. eetteriin, toinen - yhdensuuntainen tämän liikkeen kanssa. Samalle etäisyydelle L läpikuultavasta peilistä B asennetaan kaksi litteää peiliä - C ja D. Näistä peileistä heijastuneet valonsäteet putoavat jälleen peiliin B, heijastuvat osittain, tunkeutuvat osittain sen läpi ja putoavat näytölle (tai kaukoputki) E.
Jos interferometri on levossa suhteessa eetteriin, niin ensimmäisen ja toisen valonsäteen matkalla viettämä aika on sama ja ilmaisimeen tulee kaksi koherenttia sädettä samassa vaiheessa. Tämän seurauksena interferenssiä esiintyy ja interferenssikuviossa voidaan havaita keskeinen kirkas piste, jonka luonteen määrää molempien säteiden aaltorintamien muotojen suhde. Jos interferometri liikkuu suhteessa eetteriin, niin säteiden matkalla viettämä aika osoittautuu erilaiseksi. Häiriökuvion odotetun siirtymän tulee olla 0,04 häiriöreunojen välisestä etäisyydestä.
Suurimmista vaikeuksista oli laitteen saattaminen pyörimään ilman vääristymiä, toinen oli sen äärimmäinen herkkyys tärinälle.
Ensimmäinen näistä vaikeuksista eliminoitiin täysin asentamalla laite massiiviselle elohopeassa kelluvalle kivelle; toinen selvitettiin lisäämällä valon polkua toistuvien heijastusten vuoksi arvoon lähes kymmenen kertaa suurempi kuin alkuperäinen.
Kivilaatan pinta-ala oli noin 1,5 x 1,5 m ja paksuus 0,3 m. Se lepäsi rengasmaisella puisella kellukkeella, jonka ulkohalkaisija oli 1,5 m, sisähalkaisija 0,7 m ja paksuus 0,25 m elohopeaa valurautakaukalossa, jonka paksuus oli 1,5 cm ja mitat niin, että kellun ympärillä oli noin senttimetri vapaata tilaa. Kiven jokaiseen nurkkaan asetettiin neljä peiliä. Lähellä kiven keskustaa oli tasossa yhdensuuntainen lasilevy.
Havainnot suoritettiin seuraavasti. Valurautaalustan ympärillä oli kuusitoista yhtä kaukana olevaa merkkiä. Laite saatettiin erittäin hitaalle kierrokselle (yksi kierros kuudessa minuutissa), ja muutaman minuutin kuluttua, yhden merkin ohitushetkellä, mikrometrin kierteiden leikkauspiste suunnattiin kirkkaimpaan interferenssireunaan. Pyöriminen oli niin hidasta, että se onnistui helposti ja tarkasti. Mikrometriruuvin pään lukema merkittiin muistiin ja tehtiin erittäin kevyt ja tasainen työntö kiven pitämiseksi liikkeessä. Seuraavan merkin ohittaessa toimenpide toistettiin ja kaikki tämä jatkui, kunnes laite suoritti kuusi kierrosta.
Keskipäivän havainnoissa kierto tehtiin vastapäivään, iltahavainnoissa myötäpäivään. Havaintojen tulokset on esitetty graafisesti kuvassa. 5. Käyrä 1 vastaa keskipäivän havaintoja, käyrä 2 iltahavaintoja. Katkoviivat osoittavat yhden kahdeksasosan teoreettisesta harhasta. Kuvasta voidaan päätellä, että jos Maan ja valoeetterin suhteellisesta liikkeestä aiheutuu siirtymää, se ei voi olla paljon suurempi kuin 0,01 vyöhykkeiden välisestä etäisyydestä, mikä ei vastaa alkuperäisiä oletuksia.
KOKEEEN OMINAISUUDET
Joten tarkkaillessaan asennustaan vuoden ajan Michelson ja Morley eivät löytäneet mitään muutoksia häiriökuviossa: täydellinen eteerinen rauhallisuus! Seurauksena: eetterituulta, ja siksi eetteriä ei ole olemassa. Ilman eetterituulta ja eetteriä sellaisenaan syntyy ratkaisematon ristiriita Newtonin klassisen mekaniikan (jolloin sisältyy jokin absoluuttinen vertailukehys) ja Maxwellin yhtälöiden (jonka mukaan valon nopeudella on raja-arvo, joka on riippumaton kehyksen valinnasta) välillä. viittaus) tuli ilmeiseksi, mikä johti lopulta suhteellisuusteorian syntymiseen. Michelson-Morley-koe osoitti lopulta, että luonnossa ei ole "absoluuttista viitekehystä". Michelson-Morley-kokeesta tuli perustavanlaatuinen vahvistus erityiselle suhteellisuusteorialle. Michelsonin ja Morleyn johtopäätökset säilyivät horjumattomina jopa 1800-luvun lopusta lähtien suoritetun kokeen useiden toistojen jälkeen. nykypäivään.
Vuonna 1881 Michelson suoritti kuuluisan kokeen, jonka avulla hän toivoi löytävänsä Maan liikkeen suhteessa eetteriin (eetterituuleen). Vuonna 1887 Michelson toisti kokemuksensa yhdessä Morleyn kanssa edistyneemmällä instrumentilla. Michelson-Morley-asennus on esitetty kuvassa. 150.1. Tiilipohja kannatti rengasmaista valurautakaukaloa, joka oli täytetty elohopealla. Elohopean päällä kellui puinen kelluke, joka oli muotoiltu pitkittäin leikatun donitsin alaosaksi. Tälle kellukkeelle asennettiin massiivinen neliön muotoinen kivilaatta. Tällainen laite mahdollisti levyn tasaisen pyörittämisen laitteen pystyakselin ympäri. Levyn päälle asennettiin Michelson-interferometri (katso kuva 123.1), modifioituna siten, että molemmat säteet kulkivat useita kertoja edestakaisin ennen palaamista läpikuultavalle levylle levyn lävistäjän kanssa yhteen osuvaa polkua pitkin. Säteen reitin kaavio on esitetty kuvassa. 150.2. Tämän kuvan merkinnät vastaavat kuvan 1 merkintöjä. 123.1.
Kokeilu perustui seuraaviin näkökohtiin. Oletetaan, että interferometrin varsi (kuva 150.3) osuu yhteen maan liikkeen suunnan kanssa suhteessa eetteriin. Silloin aika, joka tarvitaan säteen kulkemiseen peiliin ja takaisin, on erilainen kuin aika, joka tarvitaan säteen 2 kulkemiseen polulla.
Tämän seurauksena, vaikka molempien varsien pituudet olisivat yhtä suuret, säteet 1 ja 2 saavat jonkin verran polkueroa. Jos laitetta käännetään 90°, varret vaihtavat paikkaa ja polkuero vaihtuu. Tämän pitäisi johtaa häiriökuvion muutokseen, jonka suuruus, kuten Michelsonin laskelmat osoittavat, voidaan hyvin havaita.
Interferenssikuvion odotetun siirtymän laskemiseksi lasketaan vastaavien polkujen kulkuajat säteiden 1 ja 2 avulla. Olkoon Maan nopeus suhteessa eetteriin yhtä suuri kuin .
Jos maa ei kulje eetteriä ja valon nopeus suhteessa eetteriin on yhtä suuri kuin c (ilman taitekerroin on käytännössä yhtä suuri kuin yksikkö), niin valon nopeus suhteessa laitteeseen on yhtä suuri kuin c - v suunnalle ja c + v suunnalle, joten säteen 2 aika on annettu kaavalla
(Maan kiertoradan nopeus on 30 km/s, joten
Ennen kuin siirryt ajan laskemiseen, harkitse seuraavaa esimerkkiä mekaniikasta. Oletetaan, että veneen, joka kehittää nopeuden c suhteessa veteen, on ylitettävä nopeudella v virtaava joki suunnassa, joka on täsmälleen kohtisuorassa sen rantaan nähden (Kuva 150.4). Jotta vene voisi liikkua tiettyyn suuntaan, sen nopeus c suhteessa veteen on suunnattava kuvan osoittamalla tavalla. Siksi veneen nopeus suhteessa rannikkoon on sama kuin (kuten Michelson oletti) säteen 1 nopeus suhteessa laitteeseen.
Siksi säteen 1 aika on
Korvaamalla arvot (150.1) ja (150.2) lausekkeeseen, saadaan säteiden 1 ja 2 polkujen välinen ero:
Kun instrumenttia käännetään 90°, reittieron etumerkki muuttuu. Tämän seurauksena hapsujen lukumäärä, jolla häiriökuvio siirtyy, on
Käsivarren pituus I (useat heijastukset huomioiden) oli 11 m. Valon aallonpituus Michelsonin ja Morleyn kokeessa oli 0,59 μm. Korvaamalla nämä arvot kaavaan (150.3) saadaan vyöhykkeitä.
Laite mahdollisti 0,01 hapsojen suuruusluokan siirtymän havaitsemisen. Häiriökuviossa ei kuitenkaan havaittu muutosta. Jotta voitaisiin sulkea pois mahdollisuus, että horisonttitaso olisi mittaushetkellä kohtisuorassa Maan kiertoradan nopeusvektoriin nähden, koe toistettiin eri vuorokaudenaikoina. Myöhemmin koe suoritettiin useita kertoja eri vuodenaikoina (vuoden ajan Maan kiertoradan nopeusvektori pyörii avaruudessa 360°) ja antoi poikkeuksetta negatiivisia tuloksia. Eetterituulta ei voitu havaita. Maailman eetteri jäi vaikeaksi.
Michelsonin kokeen negatiivista tulosta on yritetty selittää useaan otteeseen luopumatta hypoteesista maailmaneetteristä. Kaikki nämä yritykset eivät kuitenkaan onnistuneet. Einstein antoi tyhjentävän, johdonmukaisen selityksen kaikista kokeellisista tosiseikoista, mukaan lukien Michelsonin kokeen tulokset, vuonna 1905. Einstein tuli siihen tulokseen, että maailmaneetteri, eli erityinen väliaine, joka voisi toimia absoluuttisena vertailukehyksenä, ei olla olemassa. Tämän mukaisesti Einstein laajensi mekaanisen suhteellisuusperiaatteen kaikkiin fysikaalisiin ilmiöihin poikkeuksetta. Lisäksi Einstein oletti kokeellisten tietojen mukaisesti, että valon nopeus tyhjiössä on sama kaikissa inertiavertailukehyksissä eikä se riipu valonlähteiden ja vastaanottimien liikkeestä.
Suhteellisuusperiaate ja valonnopeuden pysyvyyden periaate muodostavat perustan Einsteinin luomalle erityissuhteellisuusteorialle (katso 1. osan luku VIII).