2.6.2 Michelsonov – Morleyov pokus

V 80. rokoch minulého storočia bola rozšírená predstava o svetle ako vlnení určitého média, tzv. éteru. Za predpokladu, že Zem sa pohybuje nehybným éterom, je možné určiť rýchlosť Zeme voči nemu ako voči „absolútnej vzťažnej sústave“. Išlo o podobnú situáciu, ako je prípad plavca, ktorý prepláva rovnakú vzdialenosť raz v smere kolmom na smer toku rieky a druhý raz v smere a proti smeru toku. Časový interval v oboch prípadoch bude rôzny.

 Na tomto princípe je založený Michelsonov – Morleyov pokus (1881, 1887).


Experiment je schématicky znázornený na obrázku:

 


Dopadajúci svetelný lúč sa na polopriepustnej doštičke Z rozdelí na dve časti: ZB – po lome a ZA – odrazená časť, pričom platí: ZB = ZA = L. Od zrkadiel B a A sa oba lúče odrazia a vracajú sa späť do Z, odkiaľ ich časť dopadá na tienidlo T, kde vzniká interferenčný obraz (výsledok skladania lúčov) z dvoch lúčov, z ktorých jeden prešiel dvakrát dráhu ZB a druhý dvakrát dráhu ZA. Príklad takéhoto interferenčného obrázku:

 

 


 


Ak sa prístroj vzhľadom na éter nepohybuje, sú časové intervalyc1175, počas ktorých oba lúče dopadnú na tienidlo rovnaké a rovné :

 

 

kde c je rýchlosť svetlac1170 vo vzduchu.

Ak sa však prístroj spolu so Zemou pohybuje v smere ZB, prejde prvý lúč dráhu ZB + BZ za časový interval:

 

 

Časový interval, za ktorý prejde druhý lúč dráhu ZA + AZ vyplýva z obr.2.6.2.3.

 


Zrkadlo A sa za časový interval t posunie v smere rýchlosti o vzdialenosť vt  do bodu A‘,

 


svetelný lúč prejde vzdialenosť ZA‘ = ct .Potom z pravouhlého trojuholníka :

 

 

odkiaľ po úprave

 

 

Situácia je symetrická, teda časový interval potrebný na prejdenie dráhy späť do bodu Z je rovnaký a pre celkový časový interval druhého lúča platí :

 

 

Keďže oba časové intervaly sú rôzne , lúče sa stretnú na tienidle  s fázovým rozdielom. Rozdiel časových intervalov je :

 

,

 

keď sme použili rozvoj  podľa binomickej vetyc1180 pričom platí, že  je oveľa menšie ako jedna, preto stačí uvažovať iba prvé dva členy rozvoja.


 

 


Ak sa celý prístroj otočí o 90 0, lúče zmenia vzhľadom na éter* polohu a Dt znamienko, takže celkovo sa zmení rozdiel časových intervalov o dvojnásobnú hodnotu:

 

 

Keby sa časový rozdiel zmenil o jednu periódu T svetelného kmitu, posunul by sa interferenčný obrázok o šírku jedného pruhu. V popisovanom prípade pri otočení prístroja o 90 0 sa interferenčný obrázok posunie o takú časť pruhu, akou časťou periódy T je rozdiel časových intervalov D tv, t. j. o časť:

 

,

 

kde l je vlnová dĺžkac1185 použitého monochromatického svetla.

 

Pri pokuse bolo použité svetlo s vlnovou dĺžkou l=5,9.10-7m,  pohybujúce sa rýchlosťou c =3.108 m / s, rýchlosť pohybu Zeme je v = 3.104 m / s a L =11 m. Potom pre predpokladané posunutie vychádza výpočtom približne 0,4 prúžku (pričom by merateľné boli i stotiny prúžku). Nebolo však namerané vôbec žiadne posunutie, z čoho vyplýva, že rýchlosť svetlac1170 je rovnaká v oboch smeroch a pohyb Zeme týmto spôsobom sa nedá pozorovať, neexistuje éter ani absolútna vzťažná sústava.  Keďže sa ani pomocou elektromagnetického žiarenie nedá určiť pohyb inerciálnej sústavyc1160 (a predpokladáme, že zákony elektromagnetizmu sú správne), nevyhovujú v tomto prípade Galileiho transformácie.Tento výsledok potvrdzujú aj najnovšie pokusy s atómovými hodinami.

 



* Éter – fluidum, o ktorom sa predpokladalo, že vypĺňa celý priestor a ním sa šíri svetlo