Michelson-Morley kísérlet

A hullámtani jelenségek vizsgálata során az első ismeretek a rugalmas közeg rezgésének, és a rezgésállapot rugalmas közegben való terjedésének megismeréséből származtak. A kötélen végigfutó hullám, a víz hullámzása, a hang konkrét közeghez kötődő jelenségek. Ezért a fény és a 19. sz. végén megismert más elektromágneses hullámok tanulmányozása során a tudósok azt feltételezték, hogy ezek a hullámok is egy speciális közeg, a világűrt kitöltő éter rugalmas rezgései.
A méréstechnika fejlődésével az 1800-as évek végén felmerült annak a lehetősége, hogy a Föld éterbeli mozgásának jellemzőit megmérjék.

Michelson és Morley elgondolása a következő volt:

Haladjon a Föld a B pont irányába v sebességgel, és indítsunk el egy fénysugarat a tér minden irányába. Az eredetileg l távolságban lévő, B pontban elhelyezett tükör a Földdel együtt v sebességgel előre elmozdul, ezért a fénynek a tükörhöz viszonyított relatív sebessége c - v. Az l távolságot a fény előre haladva tehát c - v sebességgel teszi meg. A tükörről visszaverődve azonban az O pont v sebességgel szembe halad, ezért visszafelé haladva az O pontot a fény c + v sebességgel éri el. Az oda-vissza út ideje tehát:

A tükörig és vissza az út megtételéhez szükséges idő tehát:

Ha tehát a fényt egy úgynevezett interferométerben először nyalábosztóval két, egymásra merőleges irányú fénysugárra bontva két különböző úton ugyanabba a pontba juttatjuk vissza, a fénysugarak között úthosszkülönbség lép fel vagyis az ernyőn interferenciakép alakul ki.
A Föld éterbeli mozgása miatt az egymásra merőleges irányokban a sebesség nem egyezik meg, ezért ha az interferométert 90°-kal elforgatjuk, az utak szerepe felcserélődik, és így az úthosszkülönbség is megváltozik. Ez az interferenciaképben változást okoz, ami a csíkok eltolódását eredményezi. Ha ennek az eltolódásnak a mértékét meghatározzuk, ebből a v sebesség, vagyis a Földnek az éterhez viszonyított sebessége kiszámítható.

Balra egy korszerű Michelson-interferométer.
Jobbra az eredeti kísérlet vázlata.

A mérést először 1881-ben Michelson , majd 1887-ben Michelson és Morley együtt végezték el. Az interferométert egy higanyban úszó betontömbre helyezték, amely részben a rázkódást és a deformációkat is minimálisra csökkentette, másrészt függőleges tengely körül elforgatható volt. Berendezésükben az úthossz növelése érdekében 16 visszaverő és 2 nyalábosztó tükröt használtak. Legnagyobb meglepetésükre azonban bármilyen pontosan mértek is, semmilyen eltolódást nem tapasztaltak az interferenciaképben. A kísérlet negatív eredményt hozott!
Bár azóta többször, egyre pontosabb eszközökkel is megismételték a mérést, eredményt azóta sem kaptak.

A Michelson-Morley kísérlet eredménytelensége nyomán vetették el az éter létezésének elméletét és ez vezetett a speciális relativitás elmélet megalkotásához is.

Felhasznált irodalom