Эксперимент Майкельсона-Морли

1887 г. исследование скорости света.

Рисунок 1. Интерферометрическая установка Майкельсона и Морли , установленная на каменной плите, плавающей в кольцевой ванне ртути .

Эксперимент Майкельсона-Морли был попыткой измерить относительное движение Земли и светоносного эфира , ^{[A 1] предполагаемой среды} , пронизывающей пространство, которая считалась переносчиком световых волн . Эксперимент был проведен в период с апреля по июль 1887 года американскими физиками Альбертом А. Майкельсоном и Эдвардом В. Морли в нынешнем Университете Кейс Вестерн Резерв в Кливленде , штат Огайо , и опубликован в ноябре того же года. ^[1]

В эксперименте сравнивали скорость света в перпендикулярных направлениях в попытке обнаружить относительное движение материи через светоносный эфир («эфирный ветер»). Результат был отрицательным, поскольку Майкельсон и Морли не обнаружили существенной разницы между скоростью света в направлении движения через предполагаемый эфир и скоростью под прямым углом. Этот результат обычно считается первым убедительным доказательством против некоторых теорий эфира , а также началом направления исследований, которые в конечном итоге привели к специальной теории относительности , которая исключает движение против эфира. ^{[A 2]} Об этом эксперименте Альберт Эйнштейн написал: «Если бы эксперимент Майкельсона-Морли не привел нас в серьезное замешательство, никто бы не считал теорию относительности (половинным) искуплением». ^{[А 3] : 219}

Эксперименты типа Майкельсона-Морли повторялись много раз с постоянно возрастающей чувствительностью. К ним относятся эксперименты 1902–1905 годов и серия экспериментов 1920-х годов. Совсем недавно, в 2009 году, эксперименты с оптическим резонатором подтвердили отсутствие эфирного ветра на уровне 10 ⁻¹⁷ . ^{[2] [3]} Вместе с экспериментами Айвса-Стилуэлла и Кеннеди-Торндайка эксперименты типа Майкельсона-Морли образуют один из фундаментальных тестов специальной теории относительности . ^{[А 4]}

Обнаружение эфира

Физические теории XIX века предполагали, что так же, как поверхностные водные волны должны иметь поддерживающее вещество, то есть «среду», чтобы двигаться поперек (в данном случае воду), так и слышимый звук требует среды, чтобы передавать свои волновые движения (например, воздух или вода), поэтому свету также необходима среда, « светоносный эфир », чтобы передавать свои волновые движения. Поскольку свет может проходить через вакуум, предполагалось, что даже вакуум должен быть заполнен эфиром. Поскольку скорость света очень велика и материальные тела проходят через эфир без явного трения или сопротивления, предполагалось, что он обладает весьма необычной комбинацией свойств. Разработка экспериментов для исследования этих свойств была главным приоритетом физики XIX века. ^{[А 5] : 411 и далее}

Земля вращается вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с (18,64 миль/с) или 108 000 км/ч (67 000 миль в час). Земля находится в движении, поэтому рассматривались две основные возможности: (1) эфир неподвижен и лишь частично увлекается Землей (предложено Огюстеном-Жаном Френелем в 1818 году) или (2) эфир полностью увлекается Землей и, таким образом, разделяет свое движение на поверхности Земли (предложено сэром Джорджем Стоксом, 1-м баронетом в 1844 году). ^{[A 6]} Кроме того, Джеймс Клерк Максвелл (1865) признал электромагнитную природу света и разработал то, что сейчас называется уравнениями Максвелла , но эти уравнения все еще интерпретировались как описывающие движение волн через эфир, состояние движения которого было неизвестно. . В конце концов, идея Френеля о (почти) стационарном эфире была отдана предпочтение, поскольку она, по-видимому, была подтверждена экспериментом Физо (1851 г.) и аберрацией звездного света . ^{[А 6]}

Рисунок 2. Изображение понятия « эфирного ветра » .

Согласно гипотезам стационарного и частично увлеченного эфира, Земля и эфир находятся в относительном движении, а это означает, что должен существовать так называемый «эфирный ветер» (рис. 2). Хотя теоретически было бы возможно, чтобы движение Земли соответствовало движению эфира в определенный момент времени, Земля не могла постоянно оставаться в покое относительно эфира из-за изменения как направление, так и скорость движения. В любой точке земной поверхности сила и направление ветра будут меняться в зависимости от времени суток и сезона. Анализируя скорость возвращения света в разных направлениях в разное время, считалось возможным измерить движение Земли относительно эфира. Ожидаемая относительная разница в измеренной скорости света была весьма небольшой, учитывая, что скорость Земли на ее орбите вокруг Солнца имеет величину около одной сотой процента скорости света. ^{[A 5] : 417ff.}

В середине XIX века считалось возможным измерение эффектов эфирного ветра первого порядка, то есть эффектов, пропорциональных v / c ( v — скорость Земли, c — скорость света), но прямых измерений скорости не было. свет был возможен с требуемой точностью. Например, колесо Физо могло измерять скорость света с точностью примерно 5%, что было совершенно недостаточно для непосредственного измерения изменения скорости света первого порядка на 0,01%. Поэтому ряд физиков пытались измерить косвенные эффекты первого порядка не самой скорости света, а изменений скорости света (см. Эксперименты по дрейфу эфира первого порядка ). Эксперимент Хука , например, был предназначен для обнаружения смещения интерферометрических полос из-за разницы в скорости противоположно распространяющихся световых волн через неподвижную воду. Результаты таких экспериментов все были отрицательными. ^{[A 7]} Это можно объяснить, используя коэффициент сопротивления Френеля , согласно которому эфир и, следовательно, свет частично увлекаются движущейся материей. Частичное увлечение эфира помешало бы попыткам измерить любое изменение скорости света первого порядка. Как указывал Максвелл (1878), только экспериментальные устройства, способные измерять эффекты второго порядка, могли бы иметь хоть какую-то надежду обнаружить эфирный дрейф, т. е. эффекты, пропорциональные v ² / c ² . ^{[A 8] [A 9]} Однако существующие экспериментальные установки не были достаточно чувствительными для измерения эффектов такого размера.

Эксперименты 1881 и 1887 годов

Эксперимент Майкельсона (1881 г.)

Интерферометр Майкельсона 1881 года . Хотя в конечном итоге он оказался неспособным различать различные теории увлечения эфиром , его конструкция послужила важным уроком для конструкции инструмента Майкельсона и Морли 1887 года. ^{[примечание 1]}

У Майкельсона было решение проблемы: как сконструировать устройство, достаточно точное для обнаружения потока эфира. В 1877 году, преподавая в своей альма-матер, Военно-морской академии США в Аннаполисе, Майкельсон провел свои первые известные эксперименты со скоростью света в рамках демонстрации в классе. В 1881 году он оставил действительную военно-морскую службу США, завершая учебу в Германии. В том же году Майкельсон использовал прототип экспериментального устройства, чтобы провести еще несколько измерений.

Спроектированное им устройство, позже известное как интерферометр Майкельсона , посылало желтый свет от натриевого пламени (для выравнивания) или белый свет (для реальных наблюдений) через полупосеребренное зеркало , которое использовалось для разделения его на два движущихся луча. под прямым углом друг к другу. Покинув делитель, лучи направлялись к концам длинных плеч, где отражались обратно в середину маленькими зеркалами. Затем они рекомбинировались на дальней стороне светоделителя в окуляре, создавая картину конструктивной и деструктивной интерференции , поперечное смещение которой будет зависеть от относительного времени, которое требуется свету для прохождения продольного и поперечного плеч. Если Земля движется через эфирную среду, световому лучу, идущему параллельно потоку этого эфира, потребуется больше времени, чтобы отразиться вперед и назад, чем лучу, идущему перпендикулярно эфиру, потому что увеличение прошедшего времени при движении против эфира ветер — это больше, чем время, сэкономленное при путешествии с эфирным ветром. Майкельсон ожидал, что движение Земли приведет к сдвигу полос , равному 0,04 полосы, то есть к разделению между областями одинаковой интенсивности. Он не заметил ожидаемого сдвига; наибольшее среднее отклонение, которое он измерил (в северо-западном направлении), составило всего 0,018 полосы; большинство его измерений были намного меньше. Его вывод заключался в том, что гипотезу Френеля о стационарном эфире с частичным увлечением эфира следует отвергнуть, и таким образом он подтвердил гипотезу Стокса о полном увлечении эфира. ^[4]

Однако Альфред Потье (а позже Хендрик Лоренц ) указал Майкельсону, что он допустил ошибку в расчетах и ​​что ожидаемый сдвиг полосы должен был составлять всего 0,02 полосы. Аппарат Майкельсона допускал слишком большие экспериментальные ошибки, чтобы можно было сказать что-либо убедительное об эфирном ветре. Для окончательного измерения эфирного ветра потребуется эксперимент с большей точностью и лучшим контролем, чем первоначальный. Тем не менее, прототип успешно продемонстрировал осуществимость базового метода. ^{[А 6] [А 10]}

Эксперимент Майкельсона-Морли (1887 г.)

Рисунок 5. На этом рисунке показан свернутый путь света, используемый в интерферометре Майкельсона-Морли, который обеспечивает длину пути 11 м. а — источник света — масляная лампа . б — светоделитель . c представляет собой компенсирующую пластину, позволяющую как отраженным, так и прошедшим лучам проходить через одинаковое количество стекла (важно, поскольку эксперименты проводились с белым светом, который имеет чрезвычайно короткую длину когерентности , требующую точного согласования длин оптических путей, чтобы полосы были видны; монохроматический) натриевый свет использовался только для первоначального выравнивания ^{[4] [примечание 2]} ). d , d' и e — зеркала. e’ — зеркало точной регулировки. е — телескоп .

В 1885 году Майкельсон начал сотрудничество с Эдвардом Морли , потратив значительное время и деньги на подтверждение с большей точностью эксперимента Физо 1851 года по коэффициенту сопротивления Френеля, ^[5] для улучшения эксперимента Майкельсона 1881 года, ^[1] и установления длины волны света как эталон длины . ^{[6] [7]} В это время Майкельсон был профессором физики в Кейс-школе прикладных наук, а Морли был профессором химии в Западном резервном университете (WRU), который делил кампус с Кейс-школой на восточной окраине Кливленда. . В сентябре 1885 года у Майкельсона случился кризис психического здоровья, от которого он выздоровел к октябрю 1885 года. Морли объяснил этот срыв напряженной работой Майкельсона во время подготовки экспериментов. В 1886 году Майкельсон и Морли успешно подтвердили коэффициент сопротивления Френеля – этот результат также рассматривался как подтверждение концепции стационарного эфира. ^{[А 2]}

Этот результат укрепил их надежду найти эфирный ветер. Майкельсон и Морли создали улучшенную версию эксперимента Майкельсона с более чем достаточной точностью, чтобы обнаружить этот гипотетический эффект. Эксперимент проводился в несколько периодов концентрированных наблюдений с апреля по июль 1887 года в подвале общежития Адельберта WRU (позже переименованного в Пирс-холл, снесенного в 1962 году). ^{[А 11] [А 12]}

Как показано на рис. 5, свет неоднократно отражался вперед и назад вдоль плеч интерферометра, увеличивая длину пути до 11 м (36 футов). При такой длине дрейф составит около 0,4 полосы. Чтобы это было легко обнаружить, аппарат собрали в закрытом помещении в подвале тяжелого каменного общежития, исключив большинство тепловых и вибрационных воздействий. Вибрации были дополнительно уменьшены за счет установки аппарата на вершине большого куска песчаника (рис. 1), толщиной около фута и площадью пять футов (1,5 м), который затем был помещен в круглую ванну со ртутью. По их оценкам, можно будет обнаружить эффекты примерно в 0,01 полосы.

Рисунок 6. Картина полос , полученная с помощью интерферометра Майкельсона с использованием белого света . Как настроено здесь, центральная полоса белая, а не черная.

Майкельсон, Морли и другие первые экспериментаторы, использовавшие интерферометрические методы в попытке измерить свойства светоносного эфира, использовали (частично) монохроматический свет только для первоначальной настройки своего оборудования, всегда переключаясь на белый свет для реальных измерений. Причина в том, что измерения фиксировались визуально. Чисто монохроматический свет приведет к однородному рисунку бахромы. Не имея современных средств контроля температуры окружающей среды , экспериментаторы боролись с постоянным дрейфом полос, даже когда интерферометр был установлен в подвале. Поскольку полосы иногда исчезали из-за вибраций, вызванных проезжающим мимо транспортом, грозой и т.п., наблюдатель мог легко «заблудиться», когда полосы снова стали видимыми. Преимущества белого света, который создавал характерный цветной узор полос, намного перевешивали трудности юстировки аппарата из-за его низкой длины когерентности . Как писал Дейтон Миллер : «Для наблюдений были выбраны полосы белого света, потому что они состоят из небольшой группы полос, имеющих центральную, четко очерченную черную полосу, которая образует постоянную нулевую отметку для всех показаний». ^{[A 13] [примечание 3]} Использование частично монохроматического света (желтого натриевого света) во время первоначального выравнивания позволило исследователям более или менее легко определить положение с равной длиной пути, прежде чем переключиться на белый свет. ^{[примечание 4]}

Ртутный желоб позволял устройству вращаться практически с нулевым трением, так что, дав блоку песчаника один толчок, он медленно вращался во всем диапазоне возможных углов к «эфирному ветру», в то время как за измерениями постоянно наблюдали, глядя на него. через окуляр. Гипотеза эфирного дрейфа подразумевает, что, поскольку одно из рукавов неизбежно поворачивалось бы в направлении ветра в то же время, когда другое плечо поворачивалось перпендикулярно ветру, эффект должен быть заметен даже в течение нескольких минут.

Ожидалось, что эффект будет представлен в виде синусоидальной волны с двумя пиками и двумя впадинами на каждый оборот устройства. Такого результата можно было ожидать, поскольку во время каждого полного оборота каждое плечо будет дважды параллельно ветру (по направлению к ветру и от него, что дает одинаковые показания) и дважды перпендикулярно ветру. Кроме того, из-за вращения Земли можно ожидать, что ветер будет периодически менять направление и величину в течение звездного дня .

Из-за движения Земли вокруг Солнца ожидалось, что измеренные данные также покажут годовые изменения.

Самый известный «неудавшийся» эксперимент

Рисунок 7. Результаты Майкельсона и Морли. Верхняя сплошная линия — кривая их наблюдений в полдень, нижняя сплошная линия — вечерних наблюдений. Обратите внимание, что теоретические кривые и наблюдаемые кривые построены не в одном масштабе: пунктирные кривые фактически представляют лишь одну восьмую теоретических смещений.

После всех этих размышлений и подготовки эксперимент стал тем, что назвали самым известным неудачным экспериментом в истории. ^{[A 1]} Вместо того, чтобы дать представление о свойствах эфира, статья Майкельсона и Морли в Американском журнале науки сообщила, что измерение составляет всего лишь одну сороковую ожидаемого смещения (рис. 7), но «поскольку смещение пропорционально квадрату скорости», они пришли к выводу, что измеренная скорость «вероятно меньше одной шестой» ожидаемой скорости движения Земли по орбите и «определенно меньше одной четверти». ^[1] Хотя эта небольшая «скорость» была измерена, она считалась слишком маленькой, чтобы ее можно было использовать в качестве доказательства скорости относительно эфира, и предполагалось, что она находится в пределах экспериментальной ошибки, которая позволила бы скорости фактически определить скорость. быть нулевым. ^{[A 2]} Например, Майкельсон писал о «решительно отрицательном результате» в письме лорду Рэлею в августе 1887 года: ^{[A 14]}

Эксперименты по относительному движению Земли и эфира завершены, и результат явно отрицательный. Ожидаемое отклонение интерференционных полос от нуля должно было составить 0,40 полосы – максимальное смещение было 0,02, а среднее гораздо меньше 0,01 – и то не в том месте. Поскольку смещение пропорционально квадратам относительных скоростей, из этого следует, что если эфир действительно проскользнет мимо, относительная скорость будет меньше одной шестой скорости Земли.

-  Альберт Абрахам Майкельсон, 1887 г.

С точки зрения существовавших на тот момент моделей эфира, экспериментальные результаты были противоречивыми. Эксперимент Физо и его повторение в 1886 году Майкельсоном и Морли, по-видимому, подтвердили существование стационарного эфира с частичным увлечением эфира и опровергли полное увлечение эфира. С другой стороны, гораздо более точный эксперимент Майкельсона-Морли (1887 г.), по-видимому, подтвердил полное увлечение эфира и опроверг идею стационарного эфира. ^{[A 6]} Кроме того, нулевой результат Майкельсона-Морли был дополнительно подтвержден нулевыми результатами других экспериментов второго порядка разного типа, а именно эксперимента Траутона-Нобла (1903 г.) и экспериментов Рэлея и Брейса (1902–1904 гг.). ). Эти проблемы и их решение привели к развитию преобразования Лоренца и специальной теории относительности .

После «неудачного» эксперимента Майкельсон и Морли прекратили измерения эфирного дрейфа и начали использовать свою недавно разработанную технику для установления длины волны света в качестве стандарта длины . ^{[6] [7]}

Анализ пути света и последствия

Наблюдатель отдыхает в эфире

Ожидаемый дифференциальный сдвиг фазы между светом, распространяющимся в продольном и поперечном плечах аппарата Майкельсона-Морли.

Время прохождения луча в продольном направлении можно определить следующим образом: ^{[A 15]} Свет исходит от источника и распространяется со скоростью света в эфире. Он проходит через полупосеребренное зеркало в начале координат при . Отражающее зеркало находится в этот момент на расстоянии (длина плеча интерферометра) и движется со скоростью . Луч попадает в зеркало вовремя и таким образом проходит расстояние . В это время зеркало преодолело указанное расстояние . Отсюда и, следовательно, время в пути . То же самое относится и к обратному путешествию с обратным знаком , что приводит к и . Общее время в пути составляет: ${\textstyle c}$ ${\textstyle T=0}$ ${\textstyle L}$ ${\textstyle v}$ ${\textstyle T_{1}}$ ${\textstyle cT_{1}}$ ${\textstyle vT_{1}}$ ${\textstyle cT_{1}=L+vT_{1}}$ ${\textstyle T_{1}=L/(c-v)}$ ${\textstyle v}$ ${\textstyle cT_{2}=L-vT_{2}}$ ${\textstyle T_{2}=L/(c+v)}$ ${\textstyle T_{\ell }=T_{1}+T_{2}}$

${\displaystyle T_{\ell }={\frac {L}{c-v}}+{\frac {L}{c+v}}={\frac {2L}{c}}{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}\approx {\frac {2L}{c}}\left(1+{\frac {v^{2}}{c^{2}}}\right)}$

Майкельсон правильно получил это выражение в 1881 году, однако в поперечном направлении он получил неправильное выражение

${\displaystyle T_{t}={\frac {2L}{c}},}$

потому что он упустил из виду увеличение длины пути в системе покоя эфира. Это было исправлено Альфредом Потье (1882 г.) и Хендриком Лоренцем (1886 г.). Вывод в поперечном направлении можно дать следующим образом (аналог вывода замедления времени с помощью световых часов ): Луч распространяется со скоростью света и попадает в зеркало за время , пройдя расстояние . В то же время зеркало прошло расстояние в направлении x . Таким образом, чтобы попасть в зеркало, путь луча должен проходить в направлении y (при условии, что плечи одинаковой длины) и в направлении x . Этот наклонный путь движения следует из преобразования системы покоя интерферометра в систему покоя эфира. Следовательно, теорема Пифагора дает фактическое расстояние прохождения луча . Таким образом, и, следовательно, время в пути , одинаковое для обратного пути. Общее время в пути составляет: ${\textstyle c}$ ${\textstyle T_{3}}$ ${\textstyle cT_{3}}$ ${\textstyle vT_{3}}$ ${\textstyle L}$ ${\textstyle vT_{3}}$ ${\textstyle {\sqrt {L^{2}+\left(vT_{3}\right)^{2}}}}$ ${\textstyle cT_{3}={\sqrt {L^{2}+\left(vT_{3}\right)^{2}}}}$ ${\textstyle T_{3}=L/{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}$ ${\textstyle T_{t}=2T_{3}}$

${\displaystyle T_{t}={\frac {2L}{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}={\frac {2L}{c}}{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\approx {\frac {2L}{c}}\left(1+{\frac {v^{2}}{2c^{2}}}\right)}$

Разница во времени между и определяется выражением ^{[A 16]} ${\displaystyle T_{\ell }}$ ${\displaystyle T_{t}}$

${\displaystyle T_{\ell }-T_{t}={\frac {2L}{c}}\left({\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}-{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)}$

Чтобы найти разницу путей, просто умножьте на ; ${\displaystyle c}$

${\displaystyle \Delta {\lambda }_{1}=2L\left({\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}-{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)}$

Разность хода обозначается , поскольку лучи сдвинуты по фазе на некоторое количество длин волн ( ). Чтобы визуализировать это, рассмотрите возможность прохождения двух лучей вдоль продольной и поперечной плоскостей и расположите их прямо (анимация этого процесса показана на минуте 11:00, « Механическая вселенная», эпизод 41 ^[8] ). Один путь будет длиннее другого, это расстояние равно . В качестве альтернативы рассмотрим перестановку формулы скорости света . ${\displaystyle \Delta \lambda }$ ${\displaystyle \lambda }$ ${\displaystyle \Delta \lambda }$ ${\displaystyle c{\Delta }T=\Delta \lambda }$

Если соотношение верно (если скорость эфира мала по сравнению со скоростью света), то выражение можно упростить, используя биномиальное разложение первого порядка; ${\displaystyle {v^{2}}/{c^{2}}<<1}$

${\displaystyle (1-x)^{n}\approx {1-nx}}$

Итак, переписав вышеизложенное с точки зрения полномочий;

${\displaystyle \Delta {\lambda }_{1}=2L\left(\left({1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}\right)^{-1}-\left(1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}\right)^{-1/2}\right)}$

Применение биномиального упрощения; ^[9]

${\displaystyle \Delta {\lambda }_{1}=2L\left((1+{\frac {v^{2}}{c^{2}}})-(1+{\frac {v^{2}}{2c^{2}}})\right)={2L}{\frac {v^{2}}{2c^{2}}}}$

Поэтому;

${\displaystyle \Delta {\lambda }_{1}={L}{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}$

Из этого вывода можно видеть, что эфирный ветер проявляется как разность путей. Разность хода равна нулю только тогда, когда интерферометр ориентирован по направлению эфирного ветра или перпендикулярен ему, и достигает максимума, когда он находится под углом 45 °. Разность хода может составлять любую часть длины волны, в зависимости от угла и скорости эфирного ветра.

Чтобы доказать существование эфира, Майклсон и Морли стремились найти «сдвиг границ». Идея была проста: полосы интерференционной картины должны смещаться при повороте ее на 90°, поскольку два луча поменялись ролями. Чтобы найти сдвиг полосы, вычтите разность хода в первой ориентации на разность хода во второй, а затем разделите на длину волны света ; ^[9] ${\displaystyle \lambda }$

${\displaystyle n={\frac {\Delta \lambda _{1}-\Delta \lambda _{2}}{\lambda }}\approx {\frac {2Lv^{2}}{\lambda c^{2}}}.}$

Обратите внимание на разницу между , который представляет собой некоторое количество длин волн, и который представляет собой одну длину волны. Как видно из этого соотношения, сдвиг полосы n является безразмерной величиной. ${\displaystyle \Delta \lambda }$ ${\displaystyle \lambda }$

Поскольку L  ≈ 11 метров и λ ≈ 500 нанометров , ожидаемый сдвиг полосы составил n  ≈ 0,44. Отрицательный результат привел Майкельсона к выводу, что измеримого эфирного дрейфа не существует. ^[1] Однако он так и не принял это на личном уровне, и отрицательный результат преследовал его до конца жизни (Источник: Механическая Вселенная, эпизод 41 ^[8] ).

Наблюдатель идет с интерферометром

Если та же ситуация описана с точки зрения наблюдателя, движущегося вместе с интерферометром, то эффект эфирного ветра аналогичен эффекту, который испытывает пловец, который пытается двигаться со скоростью против реки, текущей со скоростью . ^{[А 17]} ${\textstyle c}$ ${\textstyle v}$

В продольном направлении пловец сначала движется против течения, поэтому его скорость уменьшается из-за течения реки до . На обратном пути, двигаясь вниз по течению, его скорость увеличивается до . Это дает время прохождения луча , как упоминалось выше. ${\textstyle c-v}$ ${\textstyle c+v}$ ${\textstyle T_{1}}$ ${\textstyle T_{2}}$

В поперечном направлении пловец должен компенсировать течение реки, двигаясь под определенным углом против направления потока, чтобы сохранить точное поперечное направление движения и достичь другого берега реки в правильном месте. Это уменьшает его скорость до и дает время прохождения луча , как упоминалось выше. ${\textstyle {\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}$ ${\textstyle T_{3}}$

Зеркальное отражение

Классический анализ предсказал относительный сдвиг фаз между продольным и поперечным лучами, который в аппарате Майкельсона и Морли должен был быть легко измерен. Что не часто осознается (поскольку не было средств для его измерения), так это то, что движение через гипотетический эфир также должно было привести к расхождению двух лучей, когда они выходили из интерферометра, примерно на 10 -8 ^радиан . ^{[А 18]}

Для движущегося аппарата классический анализ требует, чтобы светоделительное зеркало было слегка смещено от точного угла в 45 °, чтобы продольный и поперечный лучи выходили из аппарата точно друг на друга. В релятивистском анализе лоренц-сужение светоделителя в направлении движения заставляет его становиться более перпендикулярным ровно на величину, необходимую для компенсации углового несоответствия двух лучей. ^{[А 18]}

Сокращение длины и преобразование Лоренца

Первый шаг к объяснению нулевого результата эксперимента Майкельсона и Морли был найден в гипотезе сокращения Фитцджеральда-Лоренца , теперь называемой просто сокращением длины или сокращением Лоренца, впервые предложенной Джорджем Фитцджеральдом (1889) в письме в тот же журнал, который опубликовал теорию Майкельсона. Статья Морли, как «почти единственная гипотеза, способная примирить» кажущиеся противоречия. Независимо также было предложено Хендриком Лоренцем (1892). ^{[A 19]} Согласно этому закону, все объекты физически сжимаются вдоль линии движения (первоначально считавшейся относительно эфира), что является фактором Лоренца . Эта гипотеза была частично мотивирована открытием Оливера Хевисайда в 1888 году, что электростатические поля сжимаются по линии движения. Но поскольку в то время не было оснований предполагать, что силы связи в материи имеют электрическое происхождение, сокращение длины движущейся материи относительно эфира считалось гипотезой ad hoc . ^{[А 10]} ${\textstyle L/\gamma }$ ${\textstyle \gamma =1/{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$

Если в приведенную выше формулу для подставить сокращение длины , то время распространения света в продольном направлении станет равным времени распространения света в поперечном направлении: ${\textstyle L}$ ${\textstyle T_{\ell }}$

${\displaystyle T_{\ell }={\frac {2L{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}{c}}{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}={\frac {2L}{c}}{\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}=T_{t}}$

Однако сокращение длины является лишь частным случаем более общего соотношения, согласно которому поперечная длина больше продольной на соотношение . Этого можно достичь разными способами. Если - движущаяся продольная длина и движущаяся поперечная длина являются остальными длинами, то она равна: ^{[A 20]} ${\textstyle \gamma }$ ${\textstyle L_{1}}$ ${\textstyle L_{2}}$ ${\textstyle L'_{1}=L'_{2}}$

${\displaystyle {\frac {L_{2}}{L_{1}}}={\frac {L'_{2}}{\varphi }}\left/{\frac {L'_{1}}{\gamma \varphi }}\right.=\gamma .}$

${\textstyle \varphi }$может быть выбрано произвольно, поэтому существует бесконечно много комбинаций, объясняющих нулевой результат Майкельсона – Морли. Например, если имеет место релятивистское значение длины, происходит сокращение , но если тогда происходит не сокращение длины, а удлинение . Эта гипотеза была позже расширена Джозефом Лармором (1897), Лоренцем (1904) и Анри Пуанкаре (1905), которые разработали полное преобразование Лоренца , включая замедление времени , чтобы объяснить эксперимент Траутона-Нобла , эксперименты Рэлея и Брейса и Опыты Кауфмана . Он имеет форму ${\textstyle \varphi =1}$ ${\textstyle L_{1}}$ ${\textstyle \varphi =1/\gamma }$ ${\textstyle L_{2}}$

${\displaystyle x'=\gamma \varphi (x-vt),\ y'=\varphi y,\ z'=\varphi z,\ t'=\gamma \varphi \left(t-{\frac {vx}{c^{2}}}\right)}$

Оставалось определить величину , которая, как показал Лоренц (1904), равна единице. ^{[A 20]} В общем, Пуанкаре (1905) ^{[A 21]} продемонстрировал, что это преобразование позволяет только образовать группу , поэтому это единственный выбор, совместимый с принципом относительности , т. е. делающий неподвижный эфир необнаружимым. Учитывая это, сокращение длины и замедление времени получают свои точные релятивистские значения. ${\textstyle \varphi }$ ${\textstyle \varphi =1}$

Специальная теория относительности

Альберт Эйнштейн сформулировал специальную теорию относительности к 1905 году, выведя преобразование Лоренца и, следовательно, сокращение длины и замедление времени из постулата относительности и постоянства скорости света, тем самым устранив специальный характер из гипотезы сжатия. Эйнштейн подчеркнул кинематическую основу теории и модификацию понятия пространства и времени, при этом стационарный эфир больше не играл никакой роли в его теории. Он также указал на групповой характер трансформации. Эйнштейн руководствовался теорией электромагнетизма Максвелла (в той форме, в какой она была дана Лоренцем в 1895 году) и отсутствием доказательств существования светоносного эфира . ^{[А 22]}

Это позволяет более элегантно и интуитивно объяснить нулевой результат Майкельсона-Морли. В сопутствующей системе отсчета нулевой результат очевиден, поскольку в соответствии с принципом относительности аппарат можно считать покоящимся, поэтому время прохождения луча одинаково. В системе отсчета, относительно которой движется аппарат, применяются те же рассуждения, что описаны выше в разделе «Сокращение длины и преобразование Лоренца», за исключением того, что слово «эфир» необходимо заменить на «недвижущаяся инерциальная система отсчета». Эйнштейн писал в 1916 году: ^{[A 23]}

Хотя предполагаемая разница между этими двумя значениями времени чрезвычайно мала, Майкельсон и Морли провели эксперимент с интерференцией, в котором эта разница должна была быть четко обнаружена. Но эксперимент дал отрицательный результат — факт, весьма озадачивший физиков. Лоренц и Фитцджеральд избавили теорию от этой трудности, предположив, что движение тела относительно эфира вызывает сокращение тела в направлении движения, причем величина сжатия достаточна как раз для компенсации упомянутой выше разницы во времени. Сравнение с обсуждением в разделе 11 показывает, что и с точки зрения теории относительности это решение затруднения было правильным. Но на основе теории относительности метод интерпретации несравненно более удовлетворительен. Согласно этой теории, не существует такой вещи, как «особенно предпочтительная» (уникальная) система координат, вызывающая появление идеи эфира, и, следовательно, не может быть ни эфирного дрейфа, ни какого-либо эксперимента, с помощью которого можно было бы его продемонстрировать. . Здесь сжатие движущихся тел следует из двух основных положений теории, без введения частных гипотез; и в качестве основного фактора, участвующего в этом сжатии, мы находим не движение само по себе, которому мы не можем придать никакого значения, а движение относительно тела отсчета, выбранного в данном конкретном случае. Так, для системы координат, движущейся вместе с Землей, зеркальная система Майкельсона и Морли не укорачивается, а укорачивается для системы координат, покоящейся относительно Солнца.

-  Альберт Эйнштейн, 1916 г.

Степень, в которой нулевой результат эксперимента Майкельсона-Морли повлиял на Эйнштейна, оспаривается. Ссылаясь на некоторые высказывания Эйнштейна, многие историки утверждают, что оно не сыграло существенной роли на его пути к специальной теории относительности, ^{[A 24] [A 25],} в то время как другие утверждения Эйнштейна, вероятно, предполагают, что он находился под ее влиянием. ^{[A 26]} В любом случае нулевой результат эксперимента Майкельсона-Морли помог идее постоянства скорости света получить широкое и быстрое признание. ^{[А 24]}

Позже Говард Перси Робертсон (1949) и другие показали ^{[A 4] [A 27]} (см. Тестовую теорию Робертсона-Мансури-Сексла ), что можно полностью вывести преобразование Лоренца из комбинации трех экспериментов. Во-первых, эксперимент Майкельсона-Морли показал, что скорость света не зависит от ориентации аппарата, установив связь между продольной (β) и поперечной (δ) длинами. Затем, в 1932 году, Рой Кеннеди и Эдвард Торндайк модифицировали эксперимент Майкельсона-Морли, сделав длины пути разделенного луча неравными, при этом одно плечо стало очень коротким. ^[10] Эксперимент Кеннеди -Торндайка длился в течение многих месяцев, пока Земля вращалась вокруг Солнца. Их отрицательный результат показал, что скорость света не зависит от скорости аппарата в различных инерциальных системах отсчета. Кроме того, было установлено, что кроме изменений длины должны происходить и соответствующие изменения времени, т. е. установлена ​​связь между продольными длинами (β) и изменениями времени (α). Таким образом, оба эксперимента не дают индивидуальных значений этих величин. Эта неопределенность соответствует неопределенному фактору, как описано выше. По теоретическим соображениям ( групповой характер преобразования Лоренца, как того требует принцип относительности) было ясно, что отдельные величины сокращения длины и замедления времени должны принять свою точную релятивистскую форму. Но прямое измерение одной из этих величин все же было желательно для подтверждения теоретических результатов. Это было достигнуто с помощью эксперимента Айвса-Стилуэлла (1938 г.), измерявшего α в соответствии с замедлением времени. Объединение этого значения для α с нулевым результатом Кеннеди – Торндайка показывает, что β должно принять значение релятивистского сокращения длины. Объединение β с нулевым результатом Майкельсона – Морли показывает, что δ должно быть равно нулю. Поэтому преобразование Лоренца с является неизбежным следствием объединения этих трех экспериментов. ^{[А 4]} ${\textstyle \varphi }$ ${\textstyle \varphi =1}$

Специальная теория относительности обычно считается решением всех измерений отрицательного дрейфа эфира (или изотропии скорости света), включая нулевой результат Майкельсона-Морли. Многие высокоточные измерения были проведены в качестве тестов специальной теории относительности и современных поисков нарушения Лоренца в секторе фотонов , электронов , нуклонов или нейтрино , и все они подтверждают теорию относительности.

Неправильные альтернативы

Как уже говорилось выше, Майкельсон первоначально полагал, что его эксперимент подтвердит теорию Стокса, согласно которой эфир полностью утягивался в окрестности Земли (см. Гипотеза увлечения эфира ). Однако полное сопротивление эфира противоречит наблюдаемой аберрации света , а также противоречит другим экспериментам. Кроме того, Лоренц в 1886 году показал, что попытка Стокса объяснить аберрацию противоречива. ^{[А 6] [А 5]}

Более того, предположение о том, что эфир не переносится поблизости, а только внутри материи, было очень проблематичным, как показал эксперимент Хаммара (1935). Хаммар направил одно плечо своего интерферометра через тяжелую металлическую трубу, заткнутую свинцом. Если бы эфир тянулся за счет массы, предполагалось, что массы запечатанной металлической трубы было бы достаточно, чтобы вызвать видимый эффект. И снова никакого эффекта замечено не было, поэтому теории сопротивления эфира считаются опровергнутыми.

Теория эмиссии Вальтера Ритца ( или баллистическая теория) также соответствовала результатам эксперимента, не требующего эфира. Теория постулирует, что свет всегда имеет одинаковую скорость относительно источника. ^{[A 28]} Однако де Ситтер отметил, что теория излучателей предсказала несколько оптических эффектов, которые не наблюдались при наблюдениях двойных звезд, в которых свет от двух звезд можно было измерить в спектрометре . Если бы теория излучения была верна, свет звезд должен был бы испытывать необычное смещение полос из-за того, что скорость звезд добавляется к скорости света, но такого эффекта нельзя было увидеть. Позже Дж. Фокс показал , что первоначальные эксперименты де Ситтера были ошибочными из-за вымирания , ^[11] , но в 1977 году Брехер наблюдал рентгеновские лучи от двойных звездных систем с аналогичными нулевыми результатами. ^[12] Кроме того, Филиппас и Фокс (1964) провели испытания на ускорителе земных частиц , специально разработанные для устранения более раннего возражения Фокса о «вымирании», но результаты оказались несовместимыми с зависимостью скорости света от источника. ^[13]

Последующие эксперименты

Рисунок 8. Моделирование уточнения Кеннеди/Иллингворта эксперимента Майкельсона-Морли. (а) Интерференционная картина Майкельсона-Морли в монохроматическом ртутном свете с темной полосой , точно центрированной на экране. (б) Полосы сдвинуты влево на 1/100 расстояния между полосами. Крайне сложно увидеть какую-либо разницу между этой цифрой и приведенной выше. (c) Небольшая ступенька в одном зеркале приводит к тому, что два изображения одних и тех же полос располагаются на расстоянии 1/20 расстояния между полосами слева и справа от ступеньки. (d) Телескоп настроен так, чтобы видеть только центральную темную полосу вокруг ступеньки зеркала. Обратите внимание на симметричное просветление вокруг центральной линии. (д) Два набора полос сдвинуты влево на 1/100 расстояния между полосами. На ступеньке виден резкий скачок яркости.

Хотя Майкельсон и Морли после своей первой публикации в 1887 году продолжили различные эксперименты, оба продолжали активно работать в этой области. Другие версии эксперимента проводились с возрастающей сложностью. ^{[A 29] [A 30]} Морли не был уверен в своих собственных результатах и ​​продолжал проводить дополнительные эксперименты с Дейтоном Миллером с 1902 по 1904 год. И снова результат был отрицательным в пределах погрешности. ^{[14] [15]}

Миллер работал над интерферометрами все большего размера, кульминацией которых стал интерферометр с эффективной длиной плеча 32 метра (105 футов), который он опробовал на различных объектах, в том числе на вершине горы в обсерватории Маунт- Вилсон . Чтобы избежать возможности блокирования эфирного ветра твердыми стенами, его наблюдения на вершине горы использовали специальный навес с тонкими стенами, в основном из брезента. Из зашумленных, нерегулярных данных он последовательно извлекал небольшой положительный сигнал, который менялся при каждом вращении устройства, в зависимости от звездного дня и на ежегодной основе. Его измерения в 1920-х годах составили примерно 10 км/с (6,2 миль/с) вместо почти 30 км/с (18,6 миль/с), ожидаемых только от орбитального движения Земли. Он по-прежнему был убежден, что это произошло из-за частичного увлечения или увлечения эфира , хотя и не пытался дать подробное объяснение. Он игнорировал критику, демонстрирующую противоречивость его результатов и опровержение экспериментом Хаммара . ^{[A 31] [примечание 5]} Результаты Миллера в то время считались важными и обсуждались Майкельсоном, Лоренцем и другими на встрече, о которой сообщалось в 1928 году. ^{[A 32]} Было общее мнение, что для проверки результатов Миллера необходимы дополнительные эксперименты. . Позже Миллер построил немагнитное устройство для устранения магнитострикции , а Майкельсон построил устройство из нерасширяющегося инвара , чтобы устранить любые оставшиеся тепловые эффекты. Другие экспериментаторы со всего мира повысили точность, устранили возможные побочные эффекты или и то, и другое. До сих пор никому не удалось повторить результаты Миллера, а точность современных экспериментов исключила их. ^{[A 33]} Робертс (2006) отметил, что примитивные методы обработки данных, использованные Миллером и другими ранними экспериментаторами, включая Майкельсона и Морли, были способны создавать очевидные периодические сигналы, даже если их не существовало в реальных данных. После повторного анализа исходных данных Миллера с использованием современных методов количественного анализа ошибок Робертс обнаружил, что очевидные сигналы Миллера статистически незначимы. ^{[А 34]}

Используя специальную оптическую схему с шагом волны 1/20 в одном зеркале, Рой Дж. Кеннеди (1926) и К. К. Иллингворт (1927) (рис. 8) превратили задачу обнаружения смещения полос из относительно нечувствительной задачи оценки их латерального смещается к значительно более чувствительной задаче регулировки интенсивности света по обе стороны от резкой границы для обеспечения одинаковой яркости. ^{[16] [17]} Если бы они наблюдали неравномерное освещение по обе стороны ступеньки, как, например, на рис. 8e, они добавляли или удаляли калиброванные гири из интерферометра до тех пор, пока обе стороны ступеньки снова не были равномерно освещены, как на рис. 8д. Количество добавленных или удаленных грузов служило мерой сдвига полосы. Различные наблюдатели могли обнаружить изменения всего лишь от 1/1500 до 1/300 полосы. Кеннеди также провел эксперимент на горе Вилсон, обнаружив лишь около 1/10 дрейфа, измеренного Миллером, и никаких сезонных эффектов. ^{[А 32]}

В 1930 году Георг Йоос провел эксперимент с использованием автоматического интерферометра с плечами длиной 21 метр (69 футов), выкованными из прессованного кварца с очень низким коэффициентом теплового расширения, который позволил непрерывно делать фотографические записи полос за десятки оборотов. аппарат. На фотопластинках можно было измерить смещения на 1/1000 полосы. Никаких периодических смещений полос обнаружено не было, что ставит верхний предел эфирного ветра в 1,5 км/с (0,93 мили/с). ^[18]

В таблице ниже ожидаемые значения относятся к относительной скорости между Землей и Солнцем, равной 30 км/с (18,6 миль/с). Что касается скорости Солнечной системы вокруг галактического центра около 220 км/с (140 миль/с) или скорости Солнечной системы относительно системы покоя реликтового излучения около 370 км/с (230 миль/с ), нулевые результаты этих экспериментов еще более очевидны.

Недавние эксперименты

Оптические тесты

Оптические испытания изотропии скорости света стали обычным явлением. ^{[A 35]} Новые технологии, в том числе использование лазеров и мазеров , значительно повысили точность измерений. (В следующей таблице только Эссен (1955), Ясея (1964) и Шамир/Фокс (1969) представляют собой эксперименты типа Майкельсона-Морли, т.е. сравнение двух перпендикулярных лучей. В других оптических экспериментах использовались другие методы.)

Рисунок 9. Эксперимент Майкельсона-Морли с криогенными оптическими резонаторами такой формы, которая была использована Мюллером и др. (2003). ^[32]

Недавние эксперименты с оптическим резонатором

В начале XXI века возродился интерес к проведению точных экспериментов типа Майкельсона-Морли с использованием лазеров, мазеров, криогенных оптических резонаторов и т. д. Во многом это связано с предсказаниями квантовой гравитации, которые предполагают, что специальная теория относительности может быть нарушается в масштабах, доступных экспериментальному изучению. Первый из этих высокоточных экспериментов был проведен Брилле и Холлом (1979), в которых они анализировали частоту лазера, стабилизированную до резонанса вращающегося оптического резонатора Фабри – Перо . Они установили предел анизотропии скорости света, возникающей в результате движения Земли, величиной Δ c / c  ≈ 10 ⁻¹⁵ , где Δ c — разница между скоростью света в x- и y -направлениях. ^[33]

По состоянию на 2015 год эксперименты с оптическими и микроволновыми резонаторами улучшили этот предел до Δ c / c  ≈ 10 ⁻¹⁸ . В некоторых из них устройства вращались или оставались неподвижными, а некоторые были совмещены с экспериментом Кеннеди-Торндайка . В частности, направление и скорость Земли (около 368 км/с (229 миль/с)) относительно системы покоя реликтового излучения обычно используются в качестве ориентиров при поиске анизотропии.

Другие тесты лоренц-инвариантности

Рис. 10. ⁷ Li- ЯМР- спектр LiCl (1M) в D ₂ O. Резкая, нерасщепленная линия ЯМР этого изотопа лития свидетельствует об изотропии массы и пространства.

Примерами других экспериментов, не основанных на принципе Майкельсона-Морли, то есть неоптических тестов изотропии, достигающих еще более высокого уровня точности, являются сравнение часов или эксперименты Хьюза-Древера . В эксперименте Древера 1961 года ⁷ ядер Li в основном состоянии, имеющем полный угловой момент J  = 3/2, были расщеплены магнитным полем на четыре равноотстоящих друг от друга уровня. Каждый переход между парой соседних уровней должен испускать фотон равной частоты, в результате чего образуется одна резкая спектральная линия. Однако, поскольку волновые функции ядра для разных М _Дж имеют разную ориентацию в пространстве относительно магнитного поля, любая ориентационная зависимость, будь то от эфирного ветра или от зависимости от крупномасштабного распределения массы в пространстве (см. принцип Маха ) , нарушит энергетические расстояния между четырьмя уровнями, что приведет к аномальному уширению или расщеплению линии. Такого расширения не наблюдалось. Современные повторения такого рода экспериментов предоставили некоторые из наиболее точных подтверждений принципа лоренц-инвариантности . ^{[А 36]}

Смотрите также

• Премия Майкельсона-Морли
• Проблема с движущимся магнитом и проводником
• Свет (Стекло)
• ЛИГО

Рекомендации

Примечания

1. Среди других уроков была необходимость контролировать вибрацию. Майкельсон (1881) писал: «...из-за чрезвычайной чувствительности прибора к вибрациям работу нельзя было вести днем. Далее эксперимент был предпринят ночью. Когда зеркала были поставлены наполовину на на руках бахрома была видна, но их положение можно было измерить только после двенадцати часов, и то только через определенные промежутки. Когда зеркала были отодвинуты к концам рук, полосы были видны лишь изредка. что эксперименты не могли быть проведены в Берлине, и аппарат был соответственно перевезен в Астрофизическую обсерваторию в Потсдаме... Здесь полосы при обычных обстоятельствах были достаточно тихими для измерения, но прибор был настолько необычайно чувствителен, что штамповка тротуар, примерно в 100 метрах от обсерватории, заставил полосы полностью исчезнуть!"
2. Майкельсон (1881) писал: «... натриевое пламя, помещенное в a , сразу же создавало интерференционные полосы. Затем их можно было изменить по ширине, положению или направлению легким движением пластины b , и когда они были При удобной ширине и максимальной резкости натриевое пламя было удалено и снова заменено лампой. Затем винт m медленно поворачивали до тех пор, пока полосы не появились снова. Затем они, конечно, были окрашены, за исключением центральной полосы, которая была почти черной».
3. Если в качестве светоделителя использовать полупосеребренное зеркало, отраженный луч подвергнется разному количеству отражений от передней поверхности, чем прошедший луч. При каждом отражении от передней поверхности свет будет претерпевать фазовую инверсию. Поскольку два луча претерпевают разное количество инверсий фазы, когда длины пути двух лучей совпадают или различаются на целое число длин волн (например, 0, 1, 2...), возникают деструктивные помехи и слабый сигнал. у детектора. Если длины пути лучей различаются на половину целого числа длин волн (например, 0,5, 1,5, 2,5...), конструктивная интерференция даст сильный сигнал. Результаты противоположны, если используется кубический светоделитель, поскольку кубический светоделитель не делает различия между отражением от передней и задней поверхности.
4. Натриевый свет создает узор полос, который отображает циклы нечеткости и резкости, которые повторяются каждые несколько сотен полос на расстоянии примерно миллиметра. Такая закономерность обусловлена ​​тем, что желтая линия D натрия на самом деле представляет собой дублет, отдельные линии которого имеют ограниченную длину когерентности . После настройки интерферометра для отображения центральной части наиболее резких полос исследователь переключался на белый свет.
5. Тирринг (1926), а также Лоренц отметили, что результаты Миллера не соответствуют даже самым основным критериям, необходимым для уверенности в их небесном происхождении, а именно, что азимут предполагаемого дрейфа должен демонстрировать ежедневные изменения, соответствующие вращению источника вокруг небесного полюса. Вместо этого, хотя наблюдения Миллера показали ежедневные вариации, их колебания в одной серии экспериментов могли концентрироваться, скажем, вокруг линии северо-запад-юго-восток.

Эксперименты

1. Майкельсон, Альберт А.; Морли, Эдвард В. (1887). «Об относительном движении Земли и светоносном эфире»  . Американский научный журнал . 34 (203): 333–345. Бибкод : 1887AmJS...34..333M. дои : 10.2475/ajs.s3-34.203.333. S2CID  124333204.
2. Эйзель, Ч.; Невский, А. Ю.; Шиллерв, С. (2009). «Лабораторное испытание изотропии распространения света на уровне 10–17» (PDF) . Письма о физических отзывах . 103 (9): 090401. Бибкод : 2009PhRvL.103i0401E. doi : 10.1103/PhysRevLett.103.090401. PMID  19792767. S2CID  33875626. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
3. Херрманн, С.; Сенгер, А.; Мёле, К.; Нагель, М.; Ковальчук Е.В.; Питерс, А. (2009). «Эксперимент с вращающимся оптическим резонатором, проверяющий лоренц-инвариантность на уровне 10–17 ^» . Физический обзор D . 80 (100): 105011. arXiv : 1002.1284 . Бибкод : 2009PhRvD..80j5011H. doi :10.1103/PhysRevD.80.105011. S2CID  118346408.
4. Майкельсон, Альберт А. (1881). «Относительное движение Земли и светоносный эфир». Американский научный журнал . 22 (128): 120–129. Бибкод : 1881AmJS...22..120M. дои : 10.2475/ajs.s3-22.128.120. S2CID  130423116.
5. Майкельсон, Альберт А.; Морли, Эдвард В. (1886). «Влияние движения среды на скорость света»  . Являюсь. J. Sci . 31 (185): 377–386. Бибкод : 1886AmJS...31..377M. дои : 10.2475/ajs.s3-31.185.377. S2CID  131116577.
6. Майкельсон, Альберт А.; Морли, Эдвард В. (1887). «О методе превращения длины волны натриевого света в действительный и практический стандарт длины». Американский научный журнал . 34 (204): 427–430. Бибкод : 1887AmJS...34..427M. дои : 10.2475/ajs.s3-34.204.427. S2CID  130588977.
7. Майкельсон, Альберт А.; Морли, Эдвард В. (1889). «О возможности установления световой волны в качестве окончательного стандарта длины». Американский научный журнал . 38 (225): 181–6. дои : 10.2475/ajs.s3-38.225.181. S2CID  130479074.
8. «Механическая вселенная, серия 41». YouTube . Архивировано из оригинала 18 ноября 2021 г.
9. Сервей, Раймонд; Джуэтт, Джон (2007). Физика для ученых и инженеров, Том 2 (7-е иллюстрированное изд.). Cengage Обучение. п. 1117. ИСБН 978-0-495-11244-0.Выдержка из страницы 1117
10. Кеннеди, Р.Дж.; Торндайк, Э.М. (1932). «Экспериментальное установление относительности времени». Физ. Преподобный . 42 (3): 400–408. Бибкод : 1932PhRv...42..400K. doi : 10.1103/PhysRev.42.400.
11. Фокс, Дж. Г. (1965), «Свидетельства против теорий эмиссии», Американский журнал физики , 33 (1): 1–17, Бибкод : 1965AmJPh..33....1F, doi : 10.1119/1.1971219.
12. Брехер, К. (1977). «Независима ли скорость света от скорости источника». Письма о физических отзывах . 39 (17): 1051–1054. Бибкод : 1977PhRvL..39.1051B. doi : 10.1103/PhysRevLett.39.1051.
13. Филиппас, Т.А.; Фокс, Дж. Г. (1964). «Скорость гамма-лучей от движущегося источника». Физический обзор . 135 (4Б): Б1071–1075. Бибкод : 1964PhRv..135.1071F. doi :10.1103/PhysRev.135.B1071.
14. Морли, Эдвард В. и Миллер, Дейтон К. (1904). «Отрывок из письма профессоров Эдварда В. Морли и Дейтона К. Миллера от Кливленда, штат Огайо, 5 августа 1904 года лорду Кельвину»  . Философский журнал . 6. 8 (48): 753–754. дои : 10.1080/14786440409463248.
15. Морли, Эдвард В. и Миллер, Дейтон К. (1905). «Отчет об эксперименте по обнаружению эффекта Фицджеральда-Лоренца»  . Труды Американской академии искусств и наук . XLI (12): 321–8. дои : 10.2307/20022071. JSTOR  20022071.
16. Кеннеди, Рой Дж. (1926). «Уточнение эксперимента Майкельсона-Морли». Труды Национальной академии наук . 12 (11): 621–629. Бибкод : 1926PNAS...12..621K. дои : 10.1073/pnas.12.11.621 . ПМЦ 1084733 . ПМИД  16577025. 
17. Иллингворт, К.К. (1927). «Повторение эксперимента Майкельсона-Морли с использованием уточнения Кеннеди» (PDF) . Физический обзор . 30 (5): 692–696. Бибкод : 1927PhRv...30..692I. doi : 10.1103/PhysRev.30.692. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
18. Йоос, Г. (1930). «Die Jenaer Wiederholung des Michelsonversuchs». Аннален дер Физик . 399 (4): 385–407. Бибкод : 1930АнП...399..385J. дои : 10.1002/andp.19303990402.
19. Миллер, Дейтон К. (1925). «Эксперименты по эфирному дрейфу на горе Вильсон». Труды Национальной академии наук . 11 (6): 306–314. Бибкод : 1925ПНАС...11..306М. дои : 10.1073/pnas.11.6.306 . ПМЦ 1085994 . ПМИД  16587007. 
20. Томашек, Р. (1924). «Über das Verhalten des Lichtes außerirdischer Lichtquellen». Аннален дер Физик . 378 (1): 105–126. Бибкод : 1924АнП...378..105Т. дои : 10.1002/andp.19243780107.
21. Пиккар, А.; Стахель, Э. (1926). «Опыт Майкельсона, реализованный на свободном баллоне». Комптес Рендус . 183 (7): 420–421.
22. Пиккар, А.; Стахель, Э. (1927). «Новые результаты получены по опыту Майкельсона». Комптес Рендус . 184 : 152.
23. Пиккар, А.; Стахель, Э. (1927). «Отсутствие эфира в Риги». Комптес Рендус . 184 : 1198–1200.
24. Майкельсон, А.А.; Пиз, ФГ; Пирсон, Ф. (1929). «Результаты повторения эксперимента Майкельсона – Морли». Журнал Оптического общества Америки . 18 (3): 181. Бибкод : 1929JOSA...18..181M. дои : 10.1364/josa.18.000181.
25. Эссен, Л. (1955). «Новый эксперимент по эфирному дрейфу». Природа . 175 (4462): 793–794. Бибкод : 1955Natur.175..793E. дои : 10.1038/175793a0. S2CID  4188883.
26. Седархольм, JP; Бланд, Г.Ф.; Хейвенс, БЛ; Таунс, Швейцария (1958). «Новая экспериментальная проверка специальной теории относительности». Письма о физических отзывах . 1 (9): 342–343. Бибкод : 1958PhRvL...1..342C. doi : 10.1103/PhysRevLett.1.342. S2CID  26444427.
27. Седархольм, JP; Таунс, Швейцария (1959). «Новая экспериментальная проверка специальной теории относительности». Природа . 184 (4696): 1350–1351. Бибкод : 1959Natur.184.1350C. дои : 10.1038/1841350a0. S2CID  26444427.
28. Ясея, ТС; Джаван, А.; Мюррей, Дж.; Таунс, Швейцария (1964). «Испытание специальной теории относительности или изотропии пространства с помощью инфракрасных мазеров». Физ. Преподобный . 133 (5а): 1221–1225. Бибкод : 1964PhRv..133.1221J. doi :10.1103/PhysRev.133.A1221.
29. Шамир, Дж.; Фокс, Р. (1969). «Новая экспериментальная проверка специальной теории относительности». Иль Нуово Чименто Б. 62 (2): 258–264. Бибкод : 1969NCimB..62..258S. дои : 10.1007/BF02710136. S2CID  119046454.
30. Триммер, Уильям С.; Байерляйн, Ральф Ф.; Фаллер, Джеймс Э.; Хилл, Генри А. (1973). «Экспериментальный поиск анизотропии скорости света». Физический обзор D . 8 (10): 3321–3326. Бибкод : 1973PhRvD...8.3321T. doi : 10.1103/PhysRevD.8.3321.
31. Триммер, Уильям С.; Байерляйн, Ральф Ф.; Фаллер, Джеймс Э.; Хилл, Генри А. (1974). «Ошибка: Экспериментальный поиск анизотропии скорости света». Физический обзор D . 9 (8): 2489. Бибкод : 1974PhRvD...9R2489T. дои : 10.1103/PhysRevD.9.2489.2 .
32. Мюллер, Х.; Херрманн, С.; Браксмайер, К.; Шиллер, С.; Питерс, А. (2003). «Современный эксперимент Майкельсона-Морли с использованием криогенных оптических резонаторов». Физ. Преподобный Летт . 91 (2): 020401. arXiv : физика/0305117 . Бибкод : 2003PhRvL..91b0401M. doi : 10.1103/PhysRevLett.91.020401. PMID  12906465. S2CID  15770750.
33. Брилле, А.; Холл, Дж. Л. (1979). «Улучшенное лазерное испытание изотропии космоса». Физ. Преподобный Летт . 42 (9): 549–552. Бибкод : 1979PhRvL..42..549B. doi : 10.1103/PhysRevLett.42.549.
34. Волк; и другие. (2003). «Тесты лоренц-инвариантности с использованием микроволнового резонатора» (PDF) . Письма о физических отзывах . 90 (6): 060402. arXiv : gr-qc/0210049 . Бибкод : 2003PhRvL..90f0402W. doi :10.1103/PhysRevLett.90.060402. hdl : 2440/101285. PMID  12633279. S2CID  18267310. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
35. Вольф, П.; Тобар, Мэн; Бизе, С.; Клерон, А.; Люитен, АН; Сантарелли, Г. (2004). «Резонаторы шепчущей галереи и тесты лоренц-инвариантности». Общая теория относительности и гравитация . 36 (10): 2351–2372. arXiv : gr-qc/0401017 . Бибкод : 2004GReGr..36.2351W. doi :10.1023/B:GERG.0000046188.87741.51. S2CID  8799879.
36. Вольф, П.; Бизе, С.; Клерон, А.; Сантарелли, Дж.; Тобар, Мэн; Люитен, АН (2004). «Улучшенный тест лоренц-инвариантности в электродинамике» (PDF) . Физический обзор D . 70 (5): 051902. arXiv : hep-ph/0407232 . Бибкод : 2004PhRvD..70e1902W. doi :10.1103/PhysRevD.70.051902. hdl : 2440/101283. S2CID  19178203. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
37. Антонини, П.; Охапкин М.; Геклю, Э.; Шиллер, С. (2005). «Испытание постоянства скорости света с вращающимися криогенными оптическими резонаторами». Физический обзор А. 71 (5): 050101. arXiv : gr-qc/0504109 . Бибкод : 2005PhRvA..71e0101A. doi : 10.1103/PhysRevA.71.050101. S2CID  119508308.
38. Стэнвикс, Польша; Тобар, Мэн; Вольф, П.; Сусли, М.; Локк, ЧР; Иванов, Е.Н.; Уинтерфлад, Дж.; Канн, ван Ф. (2005). «Проверка лоренц-инвариантности в электродинамике с использованием вращающихся криогенных сапфировых микроволновых генераторов». Письма о физических отзывах . 95 (4): 040404. arXiv : hep-ph/0506074 . Бибкод : 2005PhRvL..95d0404S. doi : 10.1103/PhysRevLett.95.040404. PMID  16090785. S2CID  14255475.
39. Херрманн, С.; Сенгер, А.; Ковальчук Е.; Мюллер, Х.; Питерс, А. (2005). «Испытание изотропии скорости света с использованием непрерывно вращающегося оптического резонатора». Физ. Преподобный Летт . 95 (15): 150401. arXiv : физика/0508097 . Бибкод : 2005PhRvL..95o0401H. doi : 10.1103/PhysRevLett.95.150401. PMID  16241700. S2CID  15113821.
40. Стэнвикс, Польша; Тобар, Мэн; Вольф, П.; Локк, ЧР; Иванов Е.Н. (2006). «Улучшенная проверка лоренц-инвариантности в электродинамике с использованием вращающихся криогенных сапфировых генераторов». Физический обзор D . 74 (8): 081101. arXiv : gr-qc/0609072 . Бибкод :2006PhRvD..74h1101S. doi : 10.1103/PhysRevD.74.081101. S2CID  3222284.
41. Мюллер, Х.; Стэнвикс, Пол Л.; Тобар, Мэн; Иванов Е.; Вольф, П.; Херрманн, С.; Сенгер, А.; Ковальчук Е.; Питерс, А. (2007). «Проверки относительности с помощью дополнительных вращающихся экспериментов Майкельсона – Морли». Физ. Преподобный Летт . 99 (5): 050401. arXiv : 0706.2031 . Бибкод : 2007PhRvL..99e0401M. doi : 10.1103/PhysRevLett.99.050401. PMID  17930733. S2CID  33003084.
42. Нагель, М.; Паркер, С.; Ковальчук Е.; Стэнвикс, П.; Хартнетт, СП; Иванов Е.; Питерс, А.; Тобар, М. (2015). «Прямая земная проверка симметрии Лоренца в электродинамике до 10−18». Природные коммуникации . 6 : 8174. arXiv : 1412,6954 . Бибкод : 2015NatCo...6.8174N. doi : 10.1038/ncomms9174. ПМЦ 4569797 . ПМИД  26323989. 

Библиография (ссылки серии «А»)

1. Блюм, Эдвард К.; Лотоцкий, Сергей В. (2006). Математика физики и техники. Всемирная научная. п. 98. ИСБН 978-981-256-621-8., Глава 2, с. 98
2. Стейли, Ричард (2009), «Альберт Майкельсон, скорость света и эфирный дрейф», поколение Эйнштейна. Истоки революции относительности , Чикаго: University of Chicago Press, ISBN. 978-0-226-77057-4
3. Альбрехт Фёлсинг (1998). Альберт Эйнштейн: Биография . Группа Пингвин . ISBN 0-14-023719-4.
4. Робертсон, HP (1949). «Постулат против наблюдения в специальной теории относительности». Обзоры современной физики . 21 (3): 378–382. Бибкод : 1949РвМП...21..378Р. дои : 10.1103/RevModPhys.21.378 . Архивировано из оригинала (PDF) 24 октября 2018 г.
5. Уиттакер, Эдмунд Тейлор (1910). История теорий эфира и электричества (1-е изд.). Дублин: Лонгман, Грин и Ко.
6. Янссен, Мишель; Стэйчел, Джон (2010). «Оптика и электродинамика движущихся тел» (PDF) . В Стэчеле, Джон (ред.). Становимся критическими . Спрингер. ISBN 978-1-4020-1308-9. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
7. Лауб, Якоб (1910). «Über die Experimentellen Grundlagen des Relativitätsprinzips (Об экспериментальных основах принципа относительности)». Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik . 7 : 405–463.
8. Максвелл, Джеймс Клерк (1878), «Эфир»  , в Бейнсе, TS (редактор), Британская энциклопедия , том. 8 (9-е изд.), Нью-Йорк: Сыновья Чарльза Скрибнера, стр. 568–572.
9. Максвелл, Джеймс Клерк (1880), «О возможном способе обнаружения движения Солнечной системы через светоносный эфир»  , Nature , 21 (535): 314–5, Бибкод : 1880Natur..21S.314., doi : 10.1038/021314c0
10. Миллер, AI (1981). Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна. Возникновение (1905 г.) и ранняя интерпретация (1905–1911 гг.). Чтение: Аддисон-Уэсли. п. 24. ISBN 978-0-201-04679-3.
11. Фикингер, Уильям (2005). Физика в исследовательском университете: Case Western Reserve, 1830–1990 . Кливленд. стр. 18–22, 48. ISBN. 978-0977338603. Общежитие располагалось на ныне практически незанятом пространстве между корпусом биологии и гимназией Адельберта, которые до сих пор стоят на территории кампуса CWRU.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
12. Хамерла, Ральф Р. (2006). Американский ученый на переднем крае исследований: Эдвард Морли, сообщество и радикальные идеи в науке девятнадцатого века. Спрингер. стр. 123–152. ISBN 978-1-4020-4089-4.
13. Миллер, Дейтон К. (1933). «Эксперимент по эфирному дрейфу и определение абсолютного движения Земли». Обзоры современной физики . 5 (3): 203–242. Бибкод : 1933РвМП....5..203М. doi : 10.1103/RevModPhys.5.203. S2CID  4119615.
14. Шенкленд, RS (1964). «Эксперимент Майкельсона-Морли». Американский журнал физики . 31 (1): 16–35. Бибкод : 1964AmJPh..32...16S. дои : 10.1119/1.1970063.
15. Фейнман, Р.П. (1970), «Эксперимент Майкельсона-Морли (15-3)», Фейнмановские лекции по физике , том. 1, Чтение: Эддисон Уэсли Лонгман, ISBN 978-0-201-02115-8
16. Альберт Шэдоуиц (1988). Специальная теория относительности (Переиздание изд. 1968 г.). Публикации Courier Dover. стр. 159–160. ISBN 978-0-486-65743-1.
17. Теллер, Эдвард ; Теллер, Венди; Тэлли, Уилсон (2002), Беседы о темных тайнах физики, Основные книги, стр. 10–11, ISBN 978-0786752379
18. Шумахер, Рейнхард А. (1994). «Специальная теория относительности и интерферометр Майкельсона-Морли». Американский журнал физики . 62 (7): 609–612. Бибкод : 1994AmJPh..62..609S. дои : 10.1119/1.17535.
19. Лоренц, Хендрик Антун (1895), Попытка теории электрических и оптических явлений в движущихся телах  , Лейден: EJ Brill, Bibcode : 1895eobk.book.....L
20. Лоренц, Хендрик Антун (1904), «Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей скорости света»  , Труды Королевской Нидерландской академии искусств и наук , 6 : 809–831, Bibcode : 1903KNAB... .6..809л
21. Пуанкаре, Анри (1905), «О динамике электрона»  , Comptes Rendus , 140 : 1504–1508.(перевод из Викиисточника)
22. Эйнштейн, А (30 июня 1905 г.). «Zur Elektrodynamic bewegter Körper». Аннален дер Физик (на немецком языке). 17 (10): 890–921. Бибкод : 1905АнП...322..891Е. дои : 10.1002/andp.19053221004 .Английский перевод: Перретт, В. Уокер, Дж. (ред.). «К электродинамике движущихся тел». Перевод Джеффри, Великобритания. Фурмилаб . Проверено 27 ноября 2009 г.
23. Эйнштейн, А. (1916), Относительность: специальная и общая теория  , Нью-Йорк: Х. Холт и компания.
24. Стачел, Джон (1982), «Эйнштейн и Майкельсон: контекст открытия и контекст оправдания», Astronomische Nachrichten , 303 (1): 47–53, Бибкод : 1982AN....303...47S, doi :10.1002/asna.2103030110
25. Майкл Поланьи , Личное знание: на пути к посткритической философии , ISBN 0-226-67288-3 , сноска, страница 10–11: Эйнштейн сообщает через доктора Н. Бальзаса в ответ на вопрос Поланьи, что «эксперимент Майкельсона-Морли имел никакой роли в основании теории». и «...теория относительности вообще не была создана для объяснения ее результатов». 
26. Йерун, ван Донген (2009), «О роли эксперимента Майкельсона-Морли: Эйнштейн в Чикаго», Архив истории точных наук , 63 (6): 655–663, arXiv : 0908.1545 , Bibcode : 2009arXiv0908.1545V , doi : 10.1007/s00407-009-0050-5, S2CID  119220040
27. Мансури, Р.; Сексл, РУ (1977). «Тестовая теория специальной теории относительности: III. Тесты второго порядка». Генерал Отл. Гравит . 8 (10): 809–814. Бибкод : 1977GReGr...8..809M. дои : 10.1007/BF00759585. S2CID  121834946.
28. Нортон, Джон Д. (2004). «Исследования Эйнштейном галилеевой ковариантной электродинамики до 1905 года». Архив истории точных наук . 59 (1): 45–105. Бибкод : 2004AHES...59...45N. дои : 10.1007/s00407-004-0085-6. S2CID  17459755.
29. Свенсон, Лойд С. (1970). «Эксперименты Майкельсона-Морли-Миллера до и после 1905 года». Журнал истории астрономии . 1 (2): 56–78. Бибкод : 1970JHA.....1...56S. дои : 10.1177/002182867000100108. S2CID  125905904.
30. Свенсон, Лойд С. младший (2013) [1972]. Эфирный эфир: история экспериментов Майкельсона-Морли-Миллера с эфирным дрейфом, 1880–1930 гг. Издательство Техасского университета. ISBN 978-0-292-75836-0.
31. Тирринг, Ганс (1926). «Эксперименты профессора Миллера по эфирному дрейфу». Природа . 118 (2959): 81–82. Бибкод : 1926Natur.118...81T. дои : 10.1038/118081c0. S2CID  4087475.
32. Майкельсон, А.А.; и другие. (1928). «Конференция по эксперименту Майкельсона-Морли, состоявшаяся в Маунт-Вилсон, февраль 1927 года». Астрофизический журнал . 68 : 341–390. Бибкод : 1928ApJ....68..341M. дои : 10.1086/143148 .
33. Шенкленд, Роберт С.; и другие. (1955). «Новый анализ интерферометрических наблюдений Дейтона К. Миллера». Обзоры современной физики . 27 (2): 167–178. Бибкод : 1955РвМП...27..167С. doi : 10.1103/RevModPhys.27.167.
34. Робертс, ТиДжей (2006). «Объяснение аномального результата Дейтона Миллера о «эфирном дрейфе»». arXiv : физика/0608238 .
35. Часто задаваемые вопросы по относительности (2007): Какова экспериментальная основа специальной теории относительности?
36. Хоган, Марк П.; Уилл, Клиффорд М. (май 1987 г.). «Современные тесты специальной теории относительности» (PDF) . Физика сегодня . 40 (5): 67–76. Бибкод : 1987PhT....40e..69H. дои : 10.1063/1.881074. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 14 июля 2012 г.

Внешние ссылки

• Цитаты, связанные с экспериментом Майкельсона-Морли, в Wikiquote
• СМИ, связанные с экспериментом Майкельсона-Морли, на Викискладе?
• Математический анализ эксперимента Майкельсона-Морли в Wikibooks
• Робертс, Т; Шляйф, С (2007). Длугош, Дж. М. (ред.). «Какова экспериментальная основа специальной теории относительности?». Usenet Часто задаваемые вопросы по физике . Калифорнийский университет, Риверсайд .
• «Эпизод 41: Эксперимент Майкельсона-Морли - Механическая Вселенная». YouTube . Калтех. 19 декабря 2016 г.