19-asrning ikkinchi yarmida yorug'likning tarqalishi tabiati, tortishish kuchi va boshqa ba'zi hodisalar haqidagi fizik qarashlar tobora aniqroq qiyinchiliklarga duch kela boshladi. Ular fanda hukmron bo'lgan efir tushunchasi bilan bog'liq edi. To'plangan qarama-qarshiliklarni hal qiladigan tajriba o'tkazish g'oyasi, ular aytganidek, havoda edi.
1880-yillarda oʻsha davrlar uchun juda murakkab va nozik boʻlgan bir qator tajribalar oʻrnatildi - Mishelsonning yorugʻlik tezligining kuzatuvchining harakat yoʻnalishiga bogʻliqligini oʻrganish boʻyicha tajribalari. Ushbu mashhur tajribalarning tavsifi va natijalariga batafsil to'xtalishdan oldin, efir tushunchasi nima bo'lganini va yorug'lik fizikasi qanday tushunilganligini esga olish kerak.
19-asrning dunyo tabiatiga qarashlari
Asr boshida yorug'likning to'lqin nazariyasi g'alaba qozondi va ajoyib eksperimental natijalarni oldi. Jung va Fresnel asarlarida tasdiqlash va keyinchalik - Maksvell ishida nazariy asoslash. Yorug'lik mutlaqo inkor etib bo'lmaydigan darajada to'lqin xususiyatlarini namoyon qildi va korpuskulyar nazariya tushuntirib bera olmaydigan faktlar to'plami ostida ko'milgan edi (u faqat 20-asr boshlarida butunlay yangi asosda qayta tiklangan edi).
Ammo oʻsha davr fizikasi toʻlqinning tarqalishini muhitning mexanik tebranishlari orqali boshqa yoʻl bilan tasavvur qila olmas edi. Agar yorug'lik to'lqin bo'lsa va u vakuumda tarqala oladigan bo'lsa, olimlar vakuum yorug'lik to'lqinlarini o'tkazadigan tebranishlar tufayli ma'lum bir modda bilan to'ldirilgan deb taxmin qilishdan boshqa iloji yo'q edi.
Nurli efir
Hech qanday qurilmada qayd etilmagan, vaznsiz, koʻrinmas, sirli modda efir deb atalgan. Mishelson tajribasi uning boshqa jismoniy ob'ektlar bilan o'zaro ta'sirini tasdiqlash uchun yaratilgan.
Efir materiyaning mavjudligi haqidagi gipotezalar 17-asrda Dekart va Gyuygens tomonidan bildirilgan boʻlsa, 19-asrda u havo kabi zarur boʻlib qoldi va shu bilan birga erimaydigan paradokslarga olib keldi. Gap shundaki, umuman mavjud bo'lishi uchun efir bir-birini istisno qiluvchi yoki umuman jismoniy jihatdan noreal sifatlarga ega bo'lishi kerak edi.
Eter tushunchasi ziddiyatlari
Kuzatilayotgan dunyo tasviriga mos kelish uchun nurli efir mutlaqo harakatsiz boʻlishi kerak - aks holda bu rasm doimiy ravishda buzilib ketaveradi. Ammo uning harakatsizligi Maksvell tenglamalari va printsipi bilan murosasiz ziddiyatli ediGaliley nisbiyligi. Ularni saqlab qolish uchun efir harakatlanuvchi jismlar tomonidan olib ketilishini tan olish kerak edi.
Bundan tashqari, efir materiya mutlaqo qattiq, uzluksiz va shu bilan birga u orqali jismlarning harakatiga hech qanday to'sqinlik qilmaydigan, siqilmaydigan va bundan tashqari, ko'ndalang egiluvchanlikka ega, aks holda u elektromagnit to'lqinlarni o'tkazmaydi, deb hisoblangan. Bundan tashqari, efir hamma narsani qamrab oluvchi modda sifatida ishlab chiqilgan bo'lib, u yana uning ishtiyoqi g'oyasiga to'g'ri kelmaydi.
Mishelson tajribasining gʻoyasi va birinchi ishlab chiqarilishi
Amerikalik fizik Albert Mishelson Maksvellning 1879-yilda Maksvell vafotidan keyin chop etilgan maktubini oʻqib chiqqandan soʻng efir muammosi bilan qiziqib qoldi, unda Yerning efirga nisbatan harakatini aniqlashga muvaffaqiyatsiz urinish tasvirlangan.
1881-yilda Mishelsonning birinchi tajribasi Yer bilan harakatlanuvchi kuzatuvchiga nisbatan turli yoʻnalishlarda yorugʻlikning tarqalish tezligini aniqlash boʻyicha oʻtkazildi.
Orbitada harakatlanayotgan Yer efir shamoli deb ataladigan ta'sirga duchor bo'lishi kerak - bu harakatlanuvchi jismda ishlaydigan havo oqimiga o'xshash hodisa. Ushbu "shamol" ga parallel ravishda yo'n altirilgan monoxromatik yorug'lik nuri unga qarab harakat qiladi, tezligini biroz yo'qotadi va aksincha (oynadan aks ettiruvchi) teskari yo'nalishda. Har ikki holatda ham tezlikning o'zgarishi bir xil, lekin u turli vaqtlarda erishiladi: sekinlashtirilgan "yaqinda kelayotgan" nurning harakatlanishi ko'proq vaqt talab etadi. Shunday qilib, yorug'lik signali"efir shamoli" ga parallel ravishda chiqariladigan signal xuddi shu masofani bosib o'tadigan signalga nisbatan kechiktiriladi, shuningdek, ko'zgudan aks ettirilgan, lekin perpendikulyar yo'nalishda.
Ushbu kechikishni qayd qilish uchun Mishelsonning o'zi ixtiro qilgan qurilma - interferometrdan foydalanilgan, uning ishlashi kogerent yorug'lik to'lqinlarining superpozitsiyasi hodisasiga asoslangan. Agar to‘lqinlardan biri kechiktirilsa, natijada paydo bo‘lgan fazalar farqi tufayli interferensiya sxemasi siljiydi.
Mishelsonning nometall va interferometr bilan o'tkazgan birinchi tajribasi qurilmaning sezgirligi etarli emasligi va ko'plab shovqinlarni (tebranishlarni) kam baholaganligi sababli aniq natija bermadi va tanqidga sabab bo'ldi. Aniqlikni sezilarli darajada oshirish kerak edi.
Takroriy tajriba
1887 yilda olim vatandoshi Edvard Morli bilan birgalikda tajribani takrorladi. Ular ilg‘or sozlamalardan foydalanganlar va yon omillar ta'sirini bartaraf etishga alohida e'tibor berishgan.
Tajribaning mohiyati o'zgarmadi. Ob'ektiv yordamida yig'ilgan yorug'lik nuri 45 ° burchak ostida o'rnatilgan yarim shaffof oynaga tushdi. Bu erda u bo'lindi: bir nur bo'luvchi orqali o'tdi, ikkinchisi perpendikulyar yo'nalishda ketdi. Keyin nurlarning har biri oddiy tekis oynada aks ettirilgan, nurni ajratuvchiga qaytarilgan va keyin qisman interferometrga urilgan. Tajribachilar "efir shamoli" mavjudligiga ishonchlari komil edi va shovqin chegarasining uchdan biridan ko'prog'ini o'lchash mumkin bo'lgan siljishini kutishgan.
Quyosh tizimining kosmosdagi harakatini e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi, shuning uchun tajriba g'oyasi "efir shamoli" yo'nalishini nozik sozlash uchun o'rnatishni aylantirish qobiliyatini o'z ichiga oladi.
Qurilmani burish paytida tebranish shovqini va tasvirning buzilishining oldini olish uchun butun struktura sof simobda suzuvchi yog'och toroidal suzuvchi katta tosh plita ustiga qo'yilgan. O'rnatish ostidagi poydevor qoyaga ko'milgan.
Tajriba natijalari
Olimlar yil davomida sinchkovlik bilan kuzatuvlar oʻtkazdilar, plastinani qurilma bilan soat yoʻnalishi boʻyicha va teskari yoʻnalishda aylantirdilar. Interferentsiya sxemasi 16 yo'nalishda qayd etilgan. Mishelsonning o'z davri uchun misli ko'rilmagan aniqligiga qaramay, Morli bilan hamkorlikda o'tkazgan tajribasi salbiy natija berdi.
Nur ajratgichni tark etgan faza ichidagi yorug'lik to'lqinlari fazali siljishsiz marraga yetib keldi. Bu har safar interferometrning istalgan holatida takrorlangan va Mishelson tajribasidagi yorug'lik tezligi hech qanday sharoitda o'zgarmasligini bildirgan.
Tajriba natijalarini tekshirish bir necha marta, shu jumladan XX asrda lazer interferometrlari va mikroto'lqinli rezonatorlar yordamida yorug'lik tezligining o'n milliarddan bir qismiga teng bo'lgan aniqlikka erishgan. Tajriba natijasi o'zgarmas bo'lib qolmoqda: bu qiymat o'zgarmadi.
Tajribaning ma'nosi
Mishelson va Morlining tajribalaridan kelib chiqadiki, "efir shamoli" va demak, bu qiyin moddaning o'zi oddiygina mavjud emas. Agar biron bir jarayonda biron bir jismoniy ob'ekt tubdan aniqlanmasa, bu uning yo'qligi bilan tengdir. Fiziklar, shu jumladan ajoyib sahnalashtirilgan eksperiment mualliflari, efir tushunchasi va u bilan birga mutlaq ma'lumot doirasi qulashini darhol anglamadilar.
Faqat Albert Eynshteyn 1905 yilda tajriba natijalarining izchil va ayni paytda inqilobiy yangi izohini taqdim etishga muvaffaq bo'ldi. Ushbu natijalarni xuddi shunday deb hisoblab, ularga spekulyativ efirni jalb qilmasdan, Eynshteyn ikkita xulosaga keldi:
- Hech qanday optik tajriba Yerning toʻgʻri chiziqli va bir tekis harakatini aniqlay olmaydi (uni shunday deb hisoblash huquqini kuzatish harakatining qisqa muddati beriladi).
- Har qanday inertial sanoq sistemasiga kelsak, vakuumdagi yorugʻlik tezligi oʻzgarmaydi.
Bu xulosalar (birinchisi - Galiley nisbiylik printsipi bilan birgalikda) Eynshteynning mashhur postulatlarini shakllantirish uchun asos bo'lib xizmat qildi. Shunday qilib, Mishelson-Morli tajribasi maxsus nisbiylik nazariyasi uchun mustahkam empirik asos bo'lib xizmat qildi.
