Michelson-Morleyjev pokus: razlika između inačica

Nadopunio Michelson-Morleyev pokus
(Nadopunio Michelson-Morleyev pokus)
(Nadopunio Michelson-Morleyev pokus)
 
[[datoteka:aetherWind.svg|mini|300px|desno|Nekada se pretpostavljalo se da se [[Zemlja]] kreće kroz [[medij]], nazvan [[eter]], koji služi širenje [[svjetlost]]i i drugih [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetskih valova]] (slično kao [[Brzina zvuka|širenje zvuka]] u [[zrak]]u).]]
 
[[datoteka:Michelson morley experiment 1887.jpg|mini|300px|desno|Postava Michelson-Morleyevog [[interferometar|interferometra]] postavljena na [[kamen]]u ploču koja lebdi u prstenastom koritu [[živa|žive]].]]
 
[[datoteka:MichelsonCoinAirLumiereBlanche.JPG|mini|300px|desno|Uzorak obruba proizveden Michelsonovim interferometrom pomoću bijele svjetlosti. Ovdje je vidljivo da je središnja granica bijela, a ne crna.]]
 
'''Michelson-Morleyjev pokus''' je najznačajniji i najutjecajniji [[pokus]] s takozvanim nultim rezultatom u [[Povijest fizike|povijesti znanosti]], izveden 1887. u [[Cleveland, Ohio|Clevelandu]] u suradnji [[Albert Abraham Michelson|A. A. Michelsona]] i [[Edward Williams Morley|E. W. Morleyja]]. Pokus je bio namijenjen utvrđivanju relativne [[brzina|brzine]] [[gibanje|gibanja]] [[Zemlja|Zemlje]] u odnosu na [[eter]], [[Hipoteza|hipotetičko]] sredstvo kojim se, kako se vjerovalo, šire [[val]]ovi [[svjetlost]]i. Tijekom pokusa osjetljivi Michelsonov [[interferometar]] indirektno je uspoređivao duljine putova svjetlosti, koja se gibala u dva međusobno okomita smjera: u smjeru [[Zemljina putanja|gibanja Zemlje oko Sunca]] i okomito na taj smjer. Ideja pokusa bila je jednostavna: ako je [[brzina svjetlosti]] stalna s obzirom na pretpostavljeni eter kroz koji se [[Zemlja]] giba, onda bi se njezino gibanje moglo utvrditi uspoređivanjem brzine svjetlosti u smjeru gibanja Zemlje, gdje bi trebalo doći do zbrajanja brzine svjetlosti i brzine gibanja Zemlje, s brzinom svjetlosti pod pravim kutom prema smjeru gibanja Zemlje. Međutim, razlike nije bilo, otuda naziv nulti rezultat. Izostanak tog učinka obesnažio je stoljetnu teoriju o postojanju etera i pridonio spoznaji kako je brzina svjetlosti univerzalna [[konstanta]]. Premda nije pouzdano potvrđeno da je [[Albert Einstein]] u oblikovanju [[Teorija relativnosti|teorije relativnosti]] 1905. pošao baš od toga rezultata, pokus je omogućio prihvaćanje nove [[fizika|fizike]] i novih pojmova [[prostor]]a i [[Vrijeme (fizika)|vremena]] u usporedbi s [[Klasična fizika|klasičnom Newtonovom fizikom]]. <ref> '''Michelson-Morleyjev pokus''', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=40559] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.</ref>
Godine 1887. izveo je Michelson svestrane pokuse, da utvrdi gibanje [[Zemlja|Zemlje]] prema eteru. Rezultati mjerenja bili su negativni i začudili su fizičare. Svjetlost je kod svih pokusa imala jednaku brzinu. Ne može biti govora o nekom relativnom gibanju prema eteru. Mi se možemo kretati kojim god brzinama hoćemo, mjerena brzina svjetlosti uvijek je ista. Jasno je da je taj rezultat u suprotnosti sa svakim shvaćanjem mehaničkog etera. Michelsonovi pokusi potresli su temelje [[Klasična fizika|klasične fizike]]. Neovisnost jedne brzine o vlastitim brzinama motritelja ruši sve klasične prestave o zbrajanju [[brzina]], o [[prostor]]u i [[Vrijeme (fizika)|vremenu]].
 
Najvažnije pokuse[[pokus]]e izveo je Michelson [[Interferometar|interferometrom]] koji je sam konstruirao. Predstava njegovog pokusa je vrlo jednostavna. Iz izvora izlazi svjetlost i pada na polupropusnu ploču, gdje se jedan dio odbija ([[Refleksija|reflektira]]) okomito, a drugi prolazi u prvobitnom smjeru. Obje zrake odbijaju se na [[zrcalo|zrcalima]] i vraćaju se do polupropusne ploče. Duljine okomitih krakova između ploče i zrcala su jednake. Sjedinjene zrake ulaze u [[dalekozor]], gdje se motri [[Interferencija valova|interferencija]].
 
Zamislimo da je Michelsonov interferometar tako postavljen da [[os]] aparata[[aparat]]a - pravac od izvora do ploče - leži u smjeru gibanja [[Zemlja|Zemlje]] kroz eter. Ako ispustimo zajednički put svjetlosti, tad jedna [[zraka]] ide od propusne ploče do zrcala u smjeru gibanja Zemlje, a od zrcala do propusne ploče u suprotnom smjeru. Izračunajmo vrijeme što ga svjetlost treba za taj put. Svjetlost se u eteru širi s konstantnom brzinom ''c''. Brzinu Zemlje označimo sa ''v''. Svjetlost ne prevali, dakle, put ''d'', koliko je dug krak interferometra, nego još put ''v∙t'', za koliko odmakne zrcalo interferometra:
 
:<math> c \cdot t = d + v \cdot t </math>
Svjetlost ne prevali, dakle, put d, koliko je dug krak interferometra, nego još put v∙t, za koliko odmakne zrcalo interferometra:
 
Iz te jednadžbe proizlazi vrijeme koje treba signal da u smjeru gibanja Zemlje prevali put ''d'':
c∙t = d + v∙t
 
:<math> t = \frac{d}{c - v}\ </math>
Iz te jednadžbe proizlazi vrijeme koje treba signal da u smjeru gibanja Zemlje prevali put d:
 
To možemo objasniti i zakonom o slaganju brzina ([[paralelogram vektora]]). U sustavu interferometra ima svjetlost prema zrcalu relativnu brzinu ''c - v'', pa joj je za prolaz duljine ''d'' potrebno upravo to vrijeme. Kad se svjetlost vraća od zrcala, tada joj ploča dolazi u susret, pa signal prevali manji put od duljine ''d'':
t = d / (c - v)
 
:<math> c \cdot t' = d - v \cdot t' </math>
To možemo objasniti i zakonom o slaganju brzina. U sustavu interferometra ima svjetlost prema zrcalu relativnu brzinu c - v, pa joj je za prolaz duljine d potrebno upravo to vrijeme. Kad se svjetlost vraća od zrcala, tada joj ploča dolazi u susret, pa signal prevali manji put od duljine d:
 
c∙t’ = d - v∙t’
 
Odatle izlazi za vrijeme što ga signal treba da se vrati od zrcala do ploče:
 
t’:<math> t' = \frac{d / (}{c + v)}\ </math>
 
Cjelokupno je vrijeme što ga signal potroši da prođe tamo i natrag paralelno s gibanjem Zemlje:
 
tpar:<math> t_{par} = \frac{d / (}{c - v)} + \frac{d / (}{c + v)} = 2∙d\frac{2 /\cdot d}{c} ∙1 /\cdot \frac{1}{1 - v2\frac{v^2}{c^2}} </ c2 math>
 
Približno je to jednako:
 
tpar:<math> t_{par} 2∙d\approx /\frac{2 \cdot d}{c} \cdot (1 + (\frac{v/}{c})^2) </math>
 
Razmotrimo sad svjetlosni signal koji se kreće uzduž kraka, okomito na smjer gibanja Zemlje. Dok je svjetlosni signal došao do ploče zrcala, zrcalo se pomaklo okomito na krak za v∙t”''v∙t"'':
 
:<math> (c∙t”c \cdot t'')^2 = d2d^2 + (v∙t”v \cdot t'')^2 </math>
 
Odatle izlazi vrijeme za put svjetlosnog signala po kraku, okomitom na smjer gibanja:
 
:<math> t'' = \frac{d}{\sqrt{c^2 - v^2}} </math>
t” = d / korj. c2 - v2
 
Cjelokupno vrijeme koje svjetlost treba da prođe put od ploče do zrcala i natrag iznosi:
 
:<math> t_{oko} = 2 \cdot \frac{d}{\sqrt{c^2 - v^2}} = \frac{2 \cdot d}{c} \cdot \frac{1}{1 - \sqrt{\frac{v^2}{c^2}}} </math>
toko = 2∙d / korj. c2 - v2 = 2∙d / c∙ 1 / korj. 1 - c2/v2
 
Približno je to jednako:
 
:<math> t_{oko} \approx \frac{2 \cdot d}{c} \cdot (1 + \frac{1}{2} \cdot (\frac{v}{c})^2) </math>
toko ≈ 2∙d / c ∙(1 + 1/2∙(v/c)2)
 
Sjedinjene zrake svjetlosti ulaze, dakle, u dalekozor s vremenskom razlikom:
 
tpar:<math> t_{par} - t t_{oko} = \frac{d / }{c} \cdot (\frac{v/}{c})^2 </math>
 
Razlika u fazama[[faza]]ma [[titranje|titranja]] oba vala morala bi nužno izazvati interferencije. Međutim, Michelsonovi pokusi su pokazali da nema ni traga ikakvoj interferenciji. Kako god orijentirali krakove interferometra, zrake svjetlosti dolaze do dalekozora s istom fazom titranja. Gibanje Zemlje kroz eter ne utječe nikako na brzinu svjetlosti.
 
Negativan ishod Michelsonovih pokusa bio je četvrt stoljeća jedna od najvećih zagonetki fizike. Neobičnu hipotezu [[Kontrakcija dužine|skraćivanja (kontrakcije) duljine u smjeru gibanja]] iznio je Fitz-Gerald[[George Francis FitzGerald|G. F. FitzGerald]] 1892. Razlike nestaje, ako pretpostavimo da se duljine u smjeru gibanja skraćuju za faktor korj. 1 - (v/c)2, dok duljine okomite na smjer gibanja ostaju nepromijenjene. Očito je da je ta hipoteza protivna svim mehaničkim predodžbama, jer su promjene oblika vezane s djelovanjem sila, a ne stanjem gibanja. Hipotezu kontrakcije ptihvatio je odmah Lorentz, a potpuno je tek razjasnila teorija relativnosti. <ref> [[Ivan Supek]]: "Nova fizika", Školska knjiga Zagreb, 1966.</ref>
 
:<math> \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}} </math>
 
dok duljine okomite na smjer gibanja ostaju nepromijenjene. Očito je da je ta hipoteza protivna svim mehaničkim predodžbama, jer su promjene oblika vezane s djelovanjem sila, a ne stanjem gibanja. Hipotezu kontrakcije ptihvatio je odmah [[Hendrik Antoon Lorentz|H. A. Lorentz]], a potpuno je tek razjasnila [[teorija relativnosti]]. <ref> [[Ivan Supek]]: "Nova fizika", Školska knjiga Zagreb, 1966.</ref>
 
== Interferometar ==
==Izvori==
{{izvori}}
 
== Vanjske poveznice ==
{{commons|Category:Michelson-Morley experiment}}