19-р зууны хоёрдугаар хагаст гэрлийн тархалтын мөн чанар, таталцлын үйл ажиллагаа болон бусад зарим үзэгдлийн талаархи физикийн үзэл бодол улам бүр тодорхой бэрхшээлтэй тулгарч эхлэв. Тэд шинжлэх ухаанд давамгайлж буй эфирийн үзэл баримтлалтай холбоотой байв. Тэдний хэлснээр хуримтлагдсан зөрчилдөөнийг арилгах туршилт хийх санаа агаарт байсан.
1880-аад онд гэрлийн хурд нь ажиглагчийн хөдөлгөөний чиглэлээс хамаарлыг судлах Мишельсоны туршилтууд болох тэр үеийнхний хувьд маш нарийн төвөгтэй, нарийн байсан цуврал туршилтуудыг хийсэн. Эдгээр алдартай туршилтуудын тайлбар, үр дүнгийн талаар дэлгэрэнгүй ярихаас өмнө эфирийн тухай ойлголт юу байсан, гэрлийн физикийг хэрхэн ойлгодог байсныг эргэн санах хэрэгтэй.
19-р зууны ертөнцийн мөн чанарын талаарх үзэл бодол
Зууны эхээр гэрлийн долгионы онол ялалт байгуулж, гайхалтай туршилтуудыг хүлээн авав. Юнг, Френел нарын бүтээлүүд дэх баталгаа, дараа нь - Максвеллийн бүтээл дэх онолын үндэслэл. Гэрэл нь долгионы шинж чанартай байсан нь маргаангүй бөгөөд корпускулын онол нь тайлбарлах боломжгүй олон баримтын дор булагдсан байв (энэ нь зөвхөн 20-р зууны эхээр цоо шинэ үндэслэлээр сэргээгдэх болно).
Гэсэн хэдий ч тухайн үеийн физик долгионы тархалтыг орчны механик чичиргээнээс өөрөөр төсөөлж чадахгүй байв. Хэрэв гэрэл нь долгион бөгөөд вакуум орчинд тархах чадвартай бол эрдэмтэд вакуум нь гэрлийн долгионыг дамжуулдаг чичиргээний улмаас тодорхой бодисоор дүүрсэн гэж үзэхээс өөр аргагүй болсон.
Гэрэлтэгч эфир
Жингүй, үл үзэгдэх, ямар ч төхөөрөмжид бүртгэгдээгүй нууцлаг бодисыг эфир гэдэг. Мишельсоны туршилт нь түүний бусад биеттэй харьцаж буйг батлах зорилготой юм.
Эфир бодис оршин тогтнох тухай таамаглалыг 17-р зуунд Декарт, Гюйгенс нар илэрхийлж байсан бол 19-р зуунд агаар мэт зайлшгүй шаардлагатай болж, улмаар уусдаггүй парадоксуудыг бий болгосон. Үнэн хэрэгтээ эфир нь ерөнхийдөө оршин тогтнохын тулд бие биенээ үгүйсгэдэг эсвэл ерөнхийдөө бие махбодийн хувьд бодит бус шинж чанартай байх ёстой.
Эфирийн үзэл баримтлалын зөрчил
Ажиглаж буй ертөнцийн дүр төрхтэй тохирохын тулд гэрэлтэгч эфир нь туйлын хөдөлгөөнгүй байх ёстой - эс тэгвээс энэ зураг байнга гажуудах болно. Гэвч түүний хөдөлгөөнгүй байдал нь Максвеллийн тэгшитгэл, зарчимтай эвлэршгүй зөрчилдсөн юмГалилейн харьцангуйн онол. Тэднийг хадгалахын тулд эфирийг хөдөлж буй биетүүд авч явдаг гэдгийг хүлээн зөвшөөрөх шаардлагатай байв.
Түүгээр ч зогсохгүй эфир бодис нь туйлын хатуу, тасралтгүй бөгөөд түүгээр дамжин биесийн хөдөлгөөнд саад учруулахгүй, шахагдах боломжгүй, мөн хөндлөн уян хатан чанартай, эс тэгвээс цахилгаан соронзон долгион дамжуулахгүй гэж үздэг байв. Нэмж дурдахад эфирийг бүхэлд нь хамардаг бодис гэж төсөөлсөн бөгөөд энэ нь түүний хүсэл тэмүүллийн санаатай дахин тохирохгүй байна.
Мишельсоны туршилтын санаа ба анхны бүтээл
Америкийн физикч Альберт Мишельсон 1879 онд Максвеллийг нас барсны дараа нийтлэгдсэн, Nature сэтгүүлд дэлхийн эфирийн хөдөлгөөнийг илрүүлэх оролдлого амжилтгүй болсон тухай бичсэн Максвеллийн захидлыг уншсаны дараа эфирийн асуудлыг сонирхож эхэлсэн.
1881 онд Мишельсоны анхны туршилт нь дэлхийтэй хамт хөдөлж буй ажиглагч болох эфиртэй харьцуулахад өөр өөр чиглэлд гэрлийн тархалтын хурдыг тодорхойлох туршилт болжээ.
Дэлхий тойрог замд хөдөлж байх үед эфирийн салхи гэж нэрлэгддэг үйлчлэлд өртөх ёстой - энэ нь хөдөлж буй бие дээр урсах агаарын урсгалтай төстэй үзэгдэл юм. Энэхүү "салхи" -тай зэрэгцэн чиглэсэн монохромат гэрлийн туяа түүн рүү хөдөлж, хурдаа бага зэрэг алдаж, эсрэгээр (толин тусгал) эсрэг чиглэлд чиглэнэ. Хоёр тохиолдолд хурдны өөрчлөлт нь ижил боловч өөр өөр цаг үед хүрдэг: удааширсан "ойртон ирж буй" цацраг нь удаан явах болно. Тиймээс гэрлийн дохио"эфир салхи"-тай зэрэгцэн ялгарах дохио нь мөн адил зайд, мөн толины тусгалтай, гэхдээ перпендикуляр чиглэлд явж байгаа дохиотой харьцуулахад заавал саатах болно.
Энэ саатлыг бүртгэхийн тулд Мишельсоны өөрөө зохион бүтээсэн төхөөрөмж буюу интерферометрийг ашигласан бөгөөд түүний ажиллагаа нь когерент гэрлийн долгионы суперпозиция үзэгдэл дээр суурилдаг. Хэрэв долгионы аль нэг нь хойшлогдвол үүссэн фазын зөрүүгээс болж интерференцийн загвар шилжих болно.
Мишельсоны толин тусгал, интерферометртэй хийсэн анхны туршилт нь төхөөрөмжийн мэдрэмж хангалтгүй, олон тооны хөндлөнгийн оролцоог (чичиргээ) дутуу үнэлснээс болж хоёрдмол утгагүй үр дүнд хүрч, шүүмжлэл дагуулсан. Нарийвчлалыг мэдэгдэхүйц сайжруулах шаардлагатай.
Давтсан туршлага
1887 онд эрдэмтэн өөрийн нутаг нэгт Эдвард Морлигийн хамт туршилтаа давтан хийжээ. Тэд дэвшилтэт тохиргоог ашиглаж, сөрөг хүчин зүйлийн нөлөөг арилгахад онцгой анхаарал хандуулсан.
Туршлагын мөн чанар өөрчлөгдөөгүй. Линзээр цуглуулсан гэрлийн туяа 45 ° өнцгөөр байрлуулсан хагас тунгалаг толинд тусав. Энд тэр хуваасан: нэг цацраг нь хуваагчаар нэвтэрч, хоёр дахь нь перпендикуляр чиглэлд явав. Дараа нь цацраг бүрийг энгийн хавтгай толины тусгалаар тусгаж, цацраг задлагч руу буцаж очоод интерферометрийг хэсэгчлэн цохив. Туршилтанд оролцогчид "эфирийн салхи" байгаа гэдэгт итгэлтэй байсан бөгөөд хөндлөнгийн хүрээний гуравны нэгээс илүүг бүрэн хэмжиж болохуйц шилжилтийг авна гэж найдаж байсан.
Нарны аймгийн сансар огторгуй дахь хөдөлгөөнийг үл тоомсорлох боломжгүй байсан тул туршилтын санаа нь "эфирийн салхи"-ны чиглэлийг нарийн тохируулахын тулд суурилуулалтыг эргүүлэх чадварыг багтаасан.
Төхөөрөмжийг эргүүлэх үед чичиргээний нөлөөлөл, зургийг гажуудуулахгүйн тулд бүхэл бүтэн бүтцийг цэвэр мөнгөн усанд хөвж буй модон тороид хөвөгч бүхий том чулуун хавтан дээр байрлуулсан. Суурилуулалтын доорх суурийг хад руу булсан.
Туршилтын үр дүн
Эрдэмтэд жилийн турш болгоомжтой ажиглалт хийж, хавтанг цагийн зүүний дагуу болон цагийн зүүний эсрэг эргүүлсэн. Интерференцийн хэв маягийг 16 чиглэлд бүртгэсэн. Мишельсоны Морлитэй хамтран хийсэн туршилт нь өөрийн эрин үед урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй нарийвчлалтай байсан ч сөрөг үр дүнд хүрсэн.
Гамц хуваагчаас гарч буй фазын гэрлийн долгионууд фазын шилжилтгүйгээр барианы шугамд хүрэв. Энэ нь интерферометрийн аль ч байрлалд байх бүрт давтагдаж байсан бөгөөд Мишельсоны туршилтын гэрлийн хурд ямар ч нөхцөлд өөрчлөгдөөгүй гэсэн үг юм.
Туршилтын үр дүнг шалгахдаа 20-р зуунд лазер интерферометр, богино долгионы резонатор ашиглан гэрлийн хурдны арван тэрбумын нарийвчлалтай давтан хийж байжээ. Туршлагын үр дүн өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна: энэ утга өөрчлөгдөөгүй.
Туршилтын утга учир
Мишельсон, Морли нарын туршилтаас үзэхэд "эфирийн салхи", улмаар энэ баригдашгүй бодис өөрөө огт байдаггүй. Хэрэв ямар нэгэн физик объект үндсэндээ аливаа процесст илрээгүй бол энэ нь түүний байхгүйтэй адил юм. Физикчид, тэр дундаа гайхалтай шаталсан туршилтын зохиогчид эфирийн тухай ойлголт нуран унасныг тэр дор нь ухаарсангүй.
Зөвхөн Альберт Эйнштейн 1905 онд туршилтын үр дүнгийн тууштай, нэгэн зэрэг хувьсгалт шинэ тайлбарыг гаргаж чадсан юм. Эдгээр үр дүнг байгаагаар нь авч үзээд Эйнштейн таамаглалын эфир татахыг оролдолгүйгээр хоёр дүгнэлтэд хүрсэн:
- Ямар ч оптик туршилт нь дэлхийн шулуун ба жигд хөдөлгөөнийг илрүүлж чадахгүй (үүнийг ийм гэж үзэх эрхийг ажиглалтын үйл ажиллагааны богино хугацаанд олгодог).
- Аливаа инерцийн жишиг системийн хувьд вакуум дахь гэрлийн хурд өөрчлөгдөөгүй.
Эдгээр дүгнэлтүүд нь (эхнийх нь - Галилийн харьцангуйн зарчимтай хослуулсан) Эйнштейний алдартай постулатуудыг томъёолох үндэс болсон. Тиймээс Мишельсон-Морлигийн туршилт харьцангуйн тусгай онолын баттай эмпирик үндэс болсон.
