Doświadczenie przeprowadzone przez Michelsona miało na celu empiryczne potwierdzenie teorii eteru. Na czym owo doświadczenie polegało oraz co poszło nie tak, skoro dziś eter w fizyce i astronomii pełni funkcję wyłącznie historyczną?

Pod koniec XIX wieku uważano, że fale elektromagnetyczne, tak samo jak reszta dotychczas znanych fal, musi posiadać sprężysty ośrodek, w którym będzie się rozchodzić. I tak jak dźwięk rozchodzi się między innymi w powietrzu, uznano, że fale elektromagnetyczne rozchodzą się w eterze. W takim wypadku statyczny eter wypełniający cały znany wszechświat można wyobrazić sobie jako kratki w zeszycie oraz potraktować jak „punkt odniesienia” przy wyznaczaniu prędkości ciał.

Wiatr eteru oraz ruch obiegowy Ziemi.

James Clerk Maxwell zaproponował doświadczenie, w którym za pomocą pomiaru prędkości światła o różnych porach dnia i roku możliwe byłoby obliczenie prędkości Ziemi względem Wszechświata, lecz nie wierzył, by kiedykolwiek technologia na to pozwoliła.

Pomysł udoskonalił amerykański fizyk Albert Michelson, który zorientował się, że wystarczy porównać prędkość światła w różnych kierunkach. W 1881 roku skonstruował interferometr Michelsona, który dzielił wiązkę światła na dwie wiązki, które po pokonaniu identycznej odległości w zupełnie innych kierunkach, odbijały się od zwierciadeł i wracały do przyrządzenia by interferować. Michelson jeszcze przed doświadczeniem policzył, że zmiana w prążkach interferencyjnych powinna być dobrze widoczna przy jakimkolwiek obrocie interferometrem, a także z upływem czasu, ponieważ Ziemia sama się obraca.

Eksperyment Michelsona (Morleya)

Michelson, ku swojemu zdziwieniu, nie zauważył żadnego ruchu prążków interferencyjnych. Po opublikowaniu wyników większość naukowców nie wierzyła w prawdziwość doświadczenia, ponieważ za bardzo uderzało to w model praktycznie „ukończonej fizyki”. Albert Michelson nie poddał się i nie zgodził na zamiatanie pod dywan doświadczenia, które „nie pasuje” do stworzonej fizyki. Wraz z Edwardem Morleyem skonstruował nową aparaturę z dziesięciokrotnie dłuższą drogą do pokonania dla wiązki światła. Cały układ pływał w korytach wypełnionych rtęcią, by zapobiec nawet najmniejszym drganiom. W ten sposób w 1887 roku dokonano drugiego doświadczenia, które powtarzane wielokrotnie nigdy nie dało żadnego ruchu prążków.

Takich dowodów nie dało się dłużej ignorować, więc zaczęły powstawać tezy wyjaśniające wynik doświadczenia. Początkowo popularna była teza, że jednakowa prędkość światła w różnych kierunkach wynikła z niezwykłego szczęścia, ponieważ ruch własny układu słonecznego oraz obiegowy i obrotowy ruch Ziemi tak się dopasowały, że w chwili eksperymentu Ziemia stała w miejscu. Jednak częste powtarzanie doświadczenia szybko obaliło tę tezę. Wielu sympatyków zebrała również teoria o wleczeniu eteru za materią, jednakże została obalona obserwacyjnie.

Najbardziej zgadzająca się z obserwacjami teoria została zaproponowana niezależnie przez Irlandzkiego fizyka Fitzgeralda oraz Hendrika Lorentza. Holenderski naukowiec udoskonalił transformację Galileusza o niewielkie zmiany (transformacja Lorentza), wyjaśniające wynik doświadczenia Michelsona-Morleya, by uratować konającą teorię eteru. Ironicznie był to gwóźdź do trumny, ponieważ teoria eteru Lorentza została częściowo wykorzystana przy tworzeniu nowej teorii przez Alberta Einsteina, szczególnej teorii względności. Według STW niemożliwe jest zaobserwowanie eteru i wraz z sukcesami teorii Einsteina – eter na zawsze stał się widmem przeszłości.

Stanowisko eksperymentu z 1887 roku.

Doświadczenie Michelsona-Morleya odniosło całkowicie odwrotny skutek od zamierzonego. Doprowadziło również do powstania szczególnej i ogólnej teorii względności, i wraz z katastrofą w nadfiolecie obaliło mit o „ukończonej fizyce”. Na liście najpiękniejszych eksperymentów fizyki według historyka nauki Roberta P. Crease’a doświadczenie Michelsona-Morleya znajduje się na 16. miejscu.

Artykuł napisał Szymon Ryszkowski.

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu