Doświadczenie Michelsona - Morleya

Albert Abraham Michelson urodzony 19.12.1852 r. w Strzelnie w 1855 r. wyemigrował z rodzicami do USA w 1869 r. rozpoczął studia w Annapolis na Akademii Marynarki Wojennej USA w latach 1875 – 79 wykładał na Akademii fizykę i chemię 1877 - rozpoczął pierwsze eksperymenty dotyczące prędkości światła do 1882 r. aspirantura w Berlinie i Paryżu pod kierunkiem Hermanna Helmholtza po rezygnacji ze służby w Marynarce Wojennej USA, rozpoczął pracę jako profesor fizyki w Case School of Applied Science w Cleveland, w Ohio (1883)‏

Edward Williams Morley urodzony 29.01.1838 r. w Newark, NJ ukończył Williams College w 1860 r. od 1869 r. był profesorem chemii i geologii na Western Reserve College w 1873 r. równolegle rozpoczął pracę na tym samym stanowisku w Medical College w Cleveland w 1877 r. zaczął badania nad przyczynami zmiany zawartości tlenu w atmosferze, przy użyciu samodzielnie opracowanego aparatu do analizy gazów

Powody przeprowadzenia doświadczenia pogląd o falowej naturze światła, sformułowany przez Roberta Hooke'a przeświadczenie XIX-wiecznych fizyków o tym, że fale rozprzestrzeniają się w ośrodkach sprężystych hipotetyczny eter jako ośrodek, w którym rozprzestrzeniają się fale świetlne

Kwestia eteru istnienie eteru postulował James Clerk Maxwell Maxwell udowodnił, iż światło może się rozprzestrzeniać nie tylko w ośrodkach materialnych, ale także w próżni eter jawił się więc jako ośrodek wypełniający cały Wszechświat tak zdefiniowany eter wyznaczałby absolutny układ odniesienia prędkość światła musiałaby być stała względem ośrodka o takim charakterze

Kwestia eteru wniosek Maxwella - mierząc prędkość światła w różnych momentach doby i roku, można by określić prędkość Ziemi względem eteru

Kwestia eteru zbadana prędkość światła byłaby wypadkową wektorów prędkości światła i Ziemi względem eteru

Doświadczenie Michelsona zostało przeprowadzone samodzielnie przez Alberta Michelsona w 1881 r. w Berlinie i Poczdamie poprzedzało doświadczenie Michelsona - Morleya było próbą znalezienia odpowiedzi na pytanie, jaki jest ruch eteru względem ciał niebieskich, czyli próbą określenia wiatru eteru w celu jego przeprowadzenia Albert Michelson skonstruował przyrząd pomiarowy, zwany obecnie interferometrem Michelsona

Interferometr Michelsona Interferometr 2-wiązkowy, składający się z 2 zwierciadeł Z1, Z2 oraz półprzezroczystej płytki P Na skutek małych różnic między kątami padania promieni światła z różnych punktów źródła powstają prążki interferencyjne Jeśli jedno ze zwierciadeł porusza się, to układ prążków w określony sposób przesuwa się w polu widzenia Po kolejnych odbiciach od zwierciadeł dwie wiązki docierają do detektora, którym może być np. oko Światło ze źródła S, padając na posrebrzoną płytkę P, rozdziela się na 2 wiązki Część światła padającego na szkło ulega odbiciu, a reszta jest przepuszczana Natężenie wiązki przechodzącej i odbitej są mniej więcej jednakowe S – źródło światła monochromatycznego P – półprzepuszczalna płytka Z1, Z2 - zwierciadła

Wyniki i wnioski Michelson nie zaobserwował spodziewanego przesunięcia prążków interferencyjnych, równego 0,04 szerokości pojedynczego prążka uzyskane przesunięcie, będące efektem błędu pomiaru, wynosiło zaledwie 0,02 ówczesny świat nauki podważał wiarygodność uzyskanych przez Michelsona wyników Michelson postanowił powtórzyć swoje doświadczenie, wykorzystując udoskonaloną wersję swojego aparatu prototypowy interferometr Michelsona udowodnił jednak słuszność obranej metody pomiarowej

Doświadczenie Michelsona-Morleya Michelson postanowił połączyć swe wysiłki z Edwardem Morleyem – chemikiem z Western Reserve College Michelson poznał Morleya podczas pracy w Case School of Applied Science obaj naukowcy zbudowali nowy interferometr, o zwiększonej dokładności pomiaru, wzorowany na poprzednim aparacie Michelsona z 1881 r.

Doświadczenie Michelsona-Morleya w nowym interferometrze zwiększono drogę, po której poruszało się światło do 11 m aparatura pomiarowa została umieszczona w zamkniętej piwnicy masywnego, ceglanego budynku, w celu eliminacji wpływu temperatury i drgań drgania zostały dodatkowo wytłumione poprzez umieszczenie interferometru na marmurowym bloku, który pływał w kadzi wypełnionej rtęcią udoskonalony interferometr byłby w stanie wykryć przesunięcie już o 0,01 prążka, przy czym spodziewane przesunięcie wynosiło 0,4 prążka

Doświadczenie Michelsona-Morleya kadź z rtęcią umożliwiała obrót aparatury pomiarowej w pełnym zakresie możliwych położeń interferometru względem wiatru eteru aparatura pomiarowa pozwalała odnotować jakiekolwiek efekty związane z wiatrem eteru w krótkich oraz dłuższych okresach

Doświadczenie Michelsona-Morleya badania były prowadzone w budynku kampusu Szkoły Case'a w Cleveland przez cały rok decydujące pomiary wykonano w lipcu 1887 r. wynik pomiarów był następujący: Nie ma widocznej różnicy w prędkości światła, niezależnie od kierunku, w jakim porusza się obserwator

Reakcja świata nauki wynik doświadczenia był sporym zaskoczeniem, a nawet rozczarowaniem, zarówno dla samych eksperymentatorów, jak i ich zleceniodawców – lorda Kelvina oraz lorda Rayleigha negatywny wynik eksperymentu zadziwił cały ówczesny świat nauki, gdyż obalał pogląd mówiący o konieczności istnienia jakiegoś ośrodka do rozchodzenia się fal elektromagnetycznych mając na uwadze niezwykłą precyzję aparatury i staranność przeprowadzenia eksperymentu, zaakceptowano jego wynik oraz zaczęto szukać błędów w istniejących koncepcjach naukowych

Reakcja świata nauki jednymi z pierwszych, którzy podali interpretacje wyniku doświadczenia, byli George Francis FitzGerald i Hendrik Antoon Lorentz obaj naukowcy zaproponowali, iż kula ziemska oraz każdy obiekt na jej powierzchni ulega nieznacznemu skróceniu na skutek odkształcenia, wywołanego ruchem Ziemi w eterze Lorentz zasugerował, że ruch ciał względem eteru powoduje skrócenie ich wymiarów o pewien czynnik na pełne wyjaśnienie trzeba było poczekać jeszcze kilka lat

Prawa fizyki są jednakowe we wszystkich układach inercjalnych Reakcja świata nauki w 1905 r. Albert Einstein ogłosił założenia Szczególnej Teorii Względności jej postulaty zostały sformułowane następująco: Prędkość światła w próżni jest taka sama dla wszystkich obserwatorów, taka sama we wszystkich kierunkach i nie zależy od prędkości źródła światła Prawa fizyki są jednakowe we wszystkich układach inercjalnych oznaczało to ostateczny upadek koncepcji eteru

Reakcja świata nauki w kolejnych latach doświadczenie było wielokrotnie powtarzane przez różnych naukowców Morley i Miller 1904 Tomascheck 1924 Kennedy 1926 Piccard i Stahel 1927 Joos 1930 uzyskane wyniki był zgodne z wynikami doświadczenia Michelsona-Morleya z 1887 r.

E. W. Morley – dalsze losy w kolejnych latach współpracował z Daytonem C. Millerem, przeprowadzając eksperymenty mające potwierdzić istnienie eteru najbardziej pamiętany za doświadczenie przeprowadzone z Michelsonem, prowadził też badania w innych dziedzinach zawartość tlenu w atmosferze rozszerzalność cieplna ciał prędkości światła w polu magnetycznym zmarł 24.02.1923 r.

A. A. Michelson – dalsze losy w 1892 r. został profesorem nowoutworzonego Uniwersytetu Chicago w 1899 r. ożenił się z Edną Stanton, z którą miał syna i trzy córki w 1907 r. otrzymał, jako pierwszy naukowiec w historii USA, Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za konstrukcję precyzyjnych instrumentów optycznych i pomiary w dziedzinie spektroskopii i metrologii przy ich użyciu w latach 1920-21w obserwatorium na Mt. Wilson jako pierwszy dokonał wraz z F. G. Peasem pomiaru średnicy gwiazdy innej niż Słońce zmarł 09.05.1931 r. w Pasadenie w Kalifornii