Агульны выгляд інтэрферометра ў перспектыве. Выява з даклада А. Майкельсана па выніках яго эксперыментаў, выкананых ў 1881 г.
Рух Зямлі вакол Сонца і праз эфір.
Выява эксперыментальнай устаноўкі
**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 {\displaystyle t\_{1}}, выкарыстоўваючы суму часоў двух шляхоў:

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

Скорасць эфіру {\displaystyle c=\|\mathbf {v} +\mathbf {v\_{1}} \|}, а {\displaystyle v\_{1}=\|\mathbf {v\_{1}} \|} скорасць хвалі у кірунку люстэрка. {\displaystyle c=\|\mathbf {v} +\mathbf {v\_{1}} \|={\sqrt {v^{2}+v\_{1}^{2}}}} з гэтага вынікае, што:

{\displaystyle v\_{1}={\sqrt {c^{2}-v^{2}}}={{c}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}.}
Улічваючы сіметрыю, мы можам зараз вылічыць:

{\displaystyle t\_{2}={\frac {2L\_{2}}{c}}{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\approx {\frac {2L\_{2}}{c}}\left(1+{\frac {v^{2}}{2c^{2}}}\right)}
Розніца фаз прапарцыянальная:

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

{\displaystyle S=|2L\_{1}\left({{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}-{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)+2L\_{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

Асноўны артыкул: **Эфір (фізіка)**
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 1⁄20 тэарэтычнага і, верагодна, менш 1⁄40. У тэорыі незахапляемага эфіру зрушэнне павінна быць прапарцыянальным квадрату скорасці, таму вынікі раўназначныя таму, што адносная скорасць Зямлі ў эфіры менш 1⁄6 яе арбітальнай скорасці і несумненна менш 1⁄4.

### 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 1⁄10 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

Зноскі
------

1. ↑  Albert A. Michelson, Edward W. Morley. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. The American Journal of Science. III series. Vol. XXII, No. 128, P.120 — 129.
2. ↑  Экспериментальные основания теории относительности. С. И. Вавилов. Собрание сочинений, т.~4, АН СССР, М. 1956 г. (pdf, русс.)(Ч.II. Опыты Майкельсона, его повторения и аналоги.)
3. 1 2  (Conference on the Michelson-Morley experiment. Held at the Mount Wilson Observatory, Pasadena, California, February 4 and 5, 1927) //The Astrophysical Journal. December 1928. Vol. LXVIII, No. 5. P. 341—402.
4. 1 2 3  (Conference on the Michelson-Morley experiment. Held at the Mount Wilson Observatory, Pasadena, California, February 4 and 5, 1927) //The Astrophysical Journal. December 1928. Vol. LXVIII, No. 5. P. 341—402. Перевод с англ. В. А. Ацюковского и Л. С. Князевой

Літаратура
----------

* *Майкельсона опыт* — артыкул з Фізічнай энцыклапедыі
* *Swenson, L. S.* The Michelson-Morley-Miller Experiments before and after 1905(англ.) // *Journal for the History of Astronomy*. — 1970. — Vol. 1. — P. 56—78.

Спасылкі
--------

* Физическая энциклопедия, т. 3. — М.: Большая Российская Энциклопедия; стр. 27 и стр. 28.
* *Г. А. Лоренц*. Интерференционный опыт Майкельсона Архівавана 25 красавіка 2011.. Из книги "Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern. Leiden, **1895**, параграфы 89…92.
* Об «опыте Майкельсона—Морли» простым языком.