19-кылымдын 2-жарымында жарыктын таралышынын табияты, тартылуу күчү жана башка кээ бир кубулуштарга физикалык көз караштар барган сайын ачык-айкын кыйынчылыктарга туш боло баштаган. Алар илимде үстөмдүк кылган эфирдик түшүнүк менен байланышкан. Топтолгон карама-каршылыктарды чече турган эксперимент жүргүзүү идеясы, алар айткандай, абада болчу.
1880-жылдары ошол мезгилдер үчүн өтө татаал жана тымызын болгон бир катар эксперименттер түзүлгөн - Мишельсондун жарыктын ылдамдыгынын байкоочунун кыймылынын багытына көз карандылыгын изилдөө боюнча эксперименттери. Бул атактуу эксперименттердин сүрөттөлүшүнө жана натыйжаларына кененирээк токтолуудан мурун, эфир түшүнүгү эмне болгонун жана жарыктын физикасы кандайча түшүнүлгөнүн эстеп кетүү керек.
19-кылымдын дүйнөнүн табиятына болгон көз караштары
Кылымдын башында жарыктын толкун теориясы жеңишке жетип, укмуштуудай эксперименталдыкЮнг менен Френелдин эмгектеринде ырастоо, кийинчерээк - Максвеллдин эмгектеринде теориялык негиздеме. Жарык таптакыр талашсыз толкундук касиеттерин көрсөткөн жана корпускулярдык теория түшүндүрө албаган көптөгөн фактылардын астында көмүлгөн (ал 20-кылымдын башында таптакыр жаңы негизде кайра жанданган).
Бирок, ошол доордун физикасы толкундун таралышын чөйрөнүн механикалык термелүүсүнөн башка жол менен элестете алган эмес. Эгерде жарык толкун болсо жана ал вакуумда тарай алса, анда илимпоздордун вакуум жарык толкундарын өткөрүүчү титирөөсүнөн улам белгилүү бир зат менен толтурулган деп божомолдоодон башка аргасы жок болчу.
Жарык эфир
Сырдуу зат, салмагы жок, көзгө көрүнбөгөн, эч бир аппаратта катталбаган, эфир деп аталды. Мишельсондун эксперименти жөн гана анын башка физикалык объектилер менен өз ара аракеттенүү фактысын тастыктоо үчүн иштелип чыккан.
Эфирдик материянын бар экендиги жөнүндөгү гипотезалар 17-кылымда Декарт жана Гюйгенс тарабынан айтылган, бирок 19-кылымда ал абадай зарыл болуп, ошол эле учурда эрибеген парадоксторго алып келген. Эфир жалпысынан бар болуш үчүн бири-бирин жокко чыгарган же жалпысынан физикалык жактан реалдуу эмес сапаттарга ээ болушу керек эле.
Эфир түшүнүгүнүн карама-каршылыгы
Байкалып жаткан дүйнөнүн сүрөтүнө дал келүү үчүн жаркыраган эфир таптакыр кыймылсыз болушу керек - антпесе бул сүрөт дайыма бурмаланып турмак. Бирок анын кыймылсыздыгы Максвеллдин теңдемелери жана принциби менен элдешкис карама-каршылыкта болгонГалилеялык салыштырмалуулук. Алардын сакталышы үчүн эфирди кыймылдуу денелер алып кетээрин моюнга алуу керек болчу.
Мындан тышкары, эфирдик материя абсолюттук катуу, үзгүлтүксүз жана ошол эле учурда ал аркылуу денелердин кыймылына эч кандай тоскоолдук кылбаган, кысылбай турган жана анын үстүнө туурасынан кеткен ийкемдүүлүккө ээ, антпесе ал электромагниттик толкундарды өткөрбөйт деп ойлошкон. Кошумчалай кетсек, эфир бардык тарапка тараган субстанция катары иштелип чыккан, бул дагы анын кумарлануу идеясына туура келбейт.
Мишельсондун экспериментинин идеясы жана биринчи өндүрүшү
Америкалык физик Альберт Мишельсон 1879-жылы Максвелл каза болгондон кийин жарыяланган, Nature журналында Жердин эфирге карата кыймылын аныктоо аракети ийгиликсиз болгонун сүрөттөгөн Максвеллдин катын окугандан кийин эфир көйгөйүнө кызыгып калган.
1881-жылы Мишельсондун биринчи эксперименти Жер менен бирге кыймылдаган байкоочу болгон эфирге салыштырмалуу жарыктын ар кандай багытта таралуу ылдамдыгын аныктоо үчүн болгон.
Орбитада кыймылдап жаткан Жер эфирдик шамалдын таасирине дуушар болушу керек - бул кыймылдуу денеде жүргөн абанын агымына окшош кубулуш. Бул «шамалга» параллель багытталган монохроматтык жарык шооласы ага карай ылдамдыгын бир аз жоготуп, тескерисинче (күзгүдөн чагылышып) карама-каршы багытта жылат. Ылдамдыктын өзгөрүшү эки учурда тең бирдей, бирок ал ар башка убакыттарда ишке ашат: жайлатылган «келүүчү» нурдун жүрүүсүнө көбүрөөк убакыт талап кылынат. Ошентип, жарык сигнал"эфир шамалына" параллель чыккан сигнал сөзсүз түрдө күзгүдөн чагылуу менен, бирок перпендикуляр багытта бирдей аралыкты басып өткөн сигналга карата кечигет.
Бул кечиктирүүнү каттоо үчүн Мишельсон өзү ойлоп тапкан прибор – интерферометр колдонулган, анын иштеши когеренттүү жарык толкундарынын суперпозициясынын кубулушуна негизделген. Эгер толкундардын бири кечигип калса, интерференция үлгүсү пайда болгон фазалардын айырмасынан улам жылып кетмек.
Мишельсондун күзгү жана интерферометр менен жасаган биринчи эксперименти аппараттын сезгичтигинин жетишсиздигинен жана көп сандаган интерференцияларды (титирөөлөрдү) баалабагандыктан бир айкын натыйжа берген жок жана сынды жаратты. Тактыгын олуттуу жакшыртуу талап кылынды.
Кайталанган тажрыйба
1887-жылы окумуштуу мекендеши Эдвард Морли менен бирге экспериментти кайталаган. Алар өркүндөтүлгөн жөндөөнү колдонуп, терс факторлордун таасирин жок кылууга өзгөчө кам көрүштү.
Тажрыйбанын маңызы өзгөргөн жок. Линзанын жардамы менен чогулган жарык шооласы 45° бурчта орнотулган жарым тунук күзгүгө түшкөн. Бул жерде ал бөлдү: бир нур бөлгүч аркылуу өттү, экинчиси перпендикуляр багытта кетти. Андан кийин нурлардын ар бири кадимки жалпак күзгүдөн чагылып, нур бөлгүчкө кайтып келип, андан кийин жарым-жартылай интерферометрге тийген. Экспериментаторлор "эфирдик шамалдын" бар экенине ишенишкен жана интерференциялык чектин үчтөн биринен көбүрөөгүнүн толугу менен өлчөнгөн жылышын күтүшкөн.
Күн системасынын мейкиндиктеги кыймылын этибарга албай коюу мүмкүн эмес болчу, ошондуктан эксперименттин идеясына "эфирдик шамалдын" багытын тактоо үчүн орнотууну айлантуу мүмкүнчүлүгү камтылган.
Аппаратты бурганда вибрациянын кийлигишүүсүн жана сүрөттүн бурмаланышын болтурбоо үчүн бүт конструкция таза сымапта сүзүп жүргөн жыгач тороиддик сүзгүч менен чоң таш плитага жайгаштырылды. Орнотуу астындагы пайдубал ташка көмүлгөн.
Эксперименталдык натыйжалар
Окумуштуулар жыл бою кылдат байкоолорду жүргүзүшүп, плитаны аппарат менен саат жебеси боюнча жана сааттын жебесине каршы айлантышты. Интерференциянын схемасы 16 багытта катталган. Мишельсондун Морли менен биргеликте жүргүзгөн эксперименти өз доорунда болуп көрбөгөндөй тактыкка карабастан, терс натыйжа берген.
Нур бөлгүчтөн чыккан фазадагы жарык толкундары фазалык жылышсыз финишке жетти. Бул интерферометрдин каалаган абалында ар бир жолу кайталанып турду жана Мишельсондун экспериментиндеги жарыктын ылдамдыгы эч кандай шартта өзгөрбөй турганын билдирген.
Эксперименттин жыйынтыгын текшерүү бир нече жолу, анын ичинде XX кылымда лазердик интерферометрлерди жана микротолкундуу резонаторлорду колдонуу менен жарыктын ылдамдыгынын он миллиарддан бир бөлүгүнө жеткен тактыкка жеткен. Тажрыйбанын натыйжасы өзгөрүүсүз бойдон калууда: бул маани өзгөрүүсүз.
Эксперименттин мааниси
Мишельсон менен Морлинин эксперименттеринен «эфирдик шамал» жана, демек, бул кармалгыс заттын өзү жөн эле жок экени келип чыгат. Эгерде кандайдыр бир физикалык объект кандайдыр бир процессте түп тамырынан бери аныкталбаса, бул анын жоктугуна барабар. Физиктер, анын ичинде эң сонун сахналаштырылган эксперименттин авторлору эфир концепциясы жана аны менен бирге абсолюттук таяныч системасы кыйраганын дароо түшүнүшкөн жок.
1905-жылы Альберт Эйнштейн гана эксперименттин натыйжаларына ырааттуу жана ошол эле учурда революциялык жаңы түшүндүрмө бере алган. Бул жыйынтыктарды ошол бойдон карап, аларга спекулятивдүү эфир тартууга аракет кылбастан, Эйнштейн эки жыйынтыкка келди:
- Эч бир оптикалык эксперимент Жердин түз сызыктуу жана бирдей кыймылын аныктай албайт (аны ушундай деп кароого укук байкоо актысынын кыска мөөнөтүндө берилет).
- Кандайдыр бир инерциялык саноо системасына келсек, вакуумдагы жарыктын ылдамдыгы өзгөрбөйт.
Бул корутундулар (биринчи - Галилеялык салыштырмалуулук принциби менен айкалышта) Эйнштейндин атактуу постулаттарын түзүүгө негиз болгон. Ошентип, Мишельсон-Морли эксперименти атайын салыштырмалуулук теориясы үчүн бекем эмпирикалык негиз болуп кызмат кылган.
