Вопыт Майкельсана — Морлі

г.]]

 Зямлі вакол Сонца і праз эфір.]]

**Вопыты Майкельсана** — клас фізічных эксперыментаў, якія даследуюць залежнасць скорасці распаўсюджвання святла ад кірунку. На 2011 год дакладнасць вопытаў дазваляе знайсці адносныя адхіленні ізатропнасці скорасці святла парадку 10−18, аднак на гэтым узроўні адхіленняў не знойдзена. Вопыты Майкельсана з’яўляюцца эмпірычнай асновай прынцыпу інварыянтнасці скорасці святла, які ўваходзіць у агульную тэорыю адноснасці (АТА) і спецыяльную тэорыю адноснасці (СТА).

## Тэорыя 
Вылічаем агульны час t_1, выкарыстоўваючы суму часоў двух шляхоў:

: t_1 = \frac{L_1}{c + v} + \frac{L_1}{c - v} = \frac{2 c L_1}{c^2 - v^2} = \frac{2 L_1}{c} \frac {1}{1 - \frac{v^2}{c^2}} \approx \frac{2 L_1}{c} \left(1 + \frac{v^2}{c^2}\right).

Прыбліжэнне звязана з тым, што (v^2/c^2) \ll 1 (парадку 10^{-8}), калі бярэцца скорасць абітальнага руху Зямлі  v \approx 30 км/с, якая пры наяўнасці эфіру была б скорасцю адносна эфіру.

Скорасць эфіру c = \|\mathbf {v}+\mathbf {v_1}\|, а v_1=\|\mathbf {v_1}\| скорасць хвалі у кірунку люстэрка. c = \|\mathbf {v}+\mathbf {v_1}\| = \sqrt{v^2 + v_1^2} з гэтага вынікае, што:

: v_1 ={\sqrt{c^2 - v^2 }} = {{c} \sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}.

Улічваючы сіметрыю, мы можам зараз вылічыць:

: t_2 = \frac{2 L_2}{c}\frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}} \approx \frac{2 L_2}{c} \left(1 + \frac {v^2}{2 c^2}\right)

Розніца фаз прапарцыянальная:

: \delta =c (t_2 - t_1) = 2 \left({\frac{L_2}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}-\frac{L_1}{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\right)

S = |\delta + \delta^'|,
дзе \delta^' прапарцыянальная рознасці фаз, пры павароце на \frac{\pi}{2}:

: S = |2 L_1 \left({\frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}-\frac{1}{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\right) + 2 L_2 \left({\frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}-\frac{1}{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\right)|\approx (L_1 + L_2)\frac{v^2}{c^2}

Было паказана, што з тэорыі эфіру вынікае рознасць, якая паддаецца колькаснай ацэнцы і выяўляецца адпаведнымі сродкамі (інтэрферометр Майкельсана — Морлі (Michelson-Morley)).

## Гісторыя 
### Перадгісторыя 
Тэорыя распаўсюджання святла, якая ўключае ў сябе эфір, з’явілася ў XVII стагоддзі. У 1727 годзе англійскі астраном Джэймс Брэдлі патлумачыў праз яе аберацыю святла. Эдуард Кетэлер і Томас Юнг некалькі развілі тэорыю эфіру. У 1868 Хук паставіў вопыт па праверцы тэорыі эфіру на эфекце аберацыі святла ад зямной крыніцы святла. У 1871—1872 гадах Эйры правёў серыю дакладных вопытаў з астранамічнай крыніцай святла, зрабіўшы з іх выснову аб тым, што арбітальны рух Зямлі цалкам захапляе эфір.

### Эпоха Майкельсана 
Упершыню такі дослед быў пастаўлены Альбертам Майкельсанам на сваім інтэрферометры ў 1881 годзе, з мэтай вымярэння залежнасці скорасці святла ад руху Зямлі адносна эфіру. Пад эфірам тады разумелася асяроддзе, аналагічнае абъёмна размеркаванай матэрыі, у якой святло распаўсюджваецца падобна гукавым ваганням. Вынік эксперыменту, на думку Майкельсана, быў адмоўным — зрушэнні палос не супадаюць па фазе з тэарэтычнымі, а ваганні гэтых зрушэнняў толькі крыху меншыя за тэарэтычныя.

Пазней, у 1887 Майкельсан, сумесна з Морлі, правёў аналагічны, але больш дакладны эксперымент, вядомы як эксперымент Майкельсана-Морлі, і паказаў, што назіранае зрушэнне сапраўды менш  тэарэтычнага і, верагодна, менш . У тэорыі незахапляемага эфіру зрушэнне павінна быць прапарцыянальным квадрату скорасці, таму вынікі раўназначныя таму, што адносная скорасць Зямлі ў эфіры менш  яе арбітальнай скорасці і несумненна менш .

### Вопыты Мілера 
На думку прафесара Дэйтана К. Мілера (Кейсаўская школа прыкладных навук):

Можна меркаваць, што эксперымент толькі паказаў, што эфір у канкрэтным падвальным памяшканні захапляецца ў падоўжным кірунку разам з ім. Мы збіраемся таму перамясціць апарат на пагорак, каб паглядзець, ці не выявіцца эфект там.

К. Мілер з прафесарам Морлі сканструявалі інтэрферометр больш адчувальны, чым той, які прымяняўся ў першым эксперыменце, з даўжынёй аптычнага шляху 65,3 м, эквівалентнай прыкладна 130 млн даўжынь хваль. К. Мілер чакаў убачыць зрушэнне ў 1,1 паласы. Восенню 1905 Морлі і Мілер правялі эксперымент на Эўклідавых вышынях ў Кліўлендзе, якія знаходзяцца на вышыні каля 90 м над возерам Эры і каля 265 м вышэй за ўзровень мора. У 1905—1906 гг. было зроблена пяць серый назіранняў, якія далі пэўны станоўчы эфект — каля  чаканага дрэйфу.

У сакавіку 1921 г. методыка і апарат былі некалькі зменены і атрыманы вынік у 10 км/c «эфірнага ветру». Вынікі былі старанна правераны на прадмет магчымай ліквідацыі недахопаў, звязаных з магнітастрыкцыяй і цеплавым выпрамяненнем. Напрамак кручэння апарата не аказваў уплыву на вынік эксперыменту.

Больш познія даследаванні вынікаў, атрыманых Д. Мілерам, паказалі, што флуктуацыі, якія назіраліся ім і інтэрпрэтаваныя як наяўнасць «эфірнага ветру», з’яўляюцца следствам статыстычных памылак і няўліку тэмпературных эфектаў.

### Вопыты Кенэдзі 
Доктар Рой Кенэдзі (Каліфарнійскі тэхналагічны інстытут) пасля публікацый вынікаў вопыту Морлі-Мілера відазмяняе вопыт з мэтай праверкі. Інтэрферометр змяшчаецца ў металічны герметычны корпус, запоўнены геліем пад ціскам 1 атм. Выкарыстоўваючы прыстасаванне, здольнае адрозніць вельмі малыя зрушэння інтэрферэнцыйнай карціны, стала магчымым скараціць памер плячэй да 4 м. Выкарыстоўвалася палярызаванае святло з мэтай выключыць наколькі магчыма рассейванне святла на люстэрках. Дакладнасць вопыту адпавядала зрушэнню палос на 2×10−3 іх шырыні. На гэтым апараце скорасць 10 км/с, атрыманая Мілерам, давала б зрух, які адпавядае 8×10−3 даўжыні хвалі зялёнага колеру, што ў чатыры разы больш найменшага вызначанага значэння. Эксперымент праводзіўся ў лабараторыі Норман Брыдж, у памяшканні з пастаяннай тэмпературай, у розны час дня. Для праверкі залежнасці скорасці эфірнага ветру ад вышыні мясцовасці вопыты праводзіліся таксама на Маўнт Вілсан ў будынку абсерваторыі. Эфект аказаўся не большым за 1 км/с для эфірнага ветру.

### Сучасныя варыянты 
У 1958 годзе ў Калумбійскім універсітэце (ЗША) быў праведзены яшчэ больш дакладны эксперымент з выкарыстаннем процінакіраваных прамянёў двух мазераў, які паказаў нязменнасць частаты ад руху Зямлі з дакладнасцю каля 10−9%.

Яшчэ больш дакладныя вымярэнні ў 1974 годзе давялі адчувальнасць да 0,025 м/с. Сучасныя варыянты эксперыменту Майкельсана выкарыстоўваюць аптычныя і крыягенныя мікрахвалевыя рэзанатары і дазваляюць выявіць адхіленне скорасці святла, калі б яно складала некалькі адзінак на 10−18.

## Гл. таксама 
* Гісторыя тэорыі адноснасці

## Літаратура 
* 
* 

## Спасылкі 
* Физическая энциклопедия, т. 3. — М.: Большая Российская Энциклопедия; стр. 27 и стр. 28.
* *Г. А. Лоренц*. Интерференционный опыт Майкельсона . Из книги "Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern. Leiden, **1895**, параграфы 89…92.
* Об «опыте Майкельсона—Морли» простым языком.

Катэгорыя:Рэлятывісцкія і гравітацыйныя з’явы
Катэгорыя:Эксперыменты ў рэлятывісцкай фізіцы
Катэгорыя:Тэорыі эфіру