Eksperyment Michelsona – Gale’a – Pearsona - Michelson–Gale–Pearson experiment

Eksperyment Michelsona gale Pearson (1925) jest zmodyfikowaną wersją eksperymentu Michelsona Morley i Sagnac-interferometr . Zmierzył efekt Sagnaca spowodowany obrotem Ziemi , testując w ten sposób teorie szczególnej teorii względności i świecącego eteru wzdłuż obracającej się ramy Ziemi .

Eksperyment

Celem, jak zaproponował po raz pierwszy Albert A. Michelson w 1904 r., A następnie wykonał w 1925 r., Było ustalenie, czy obrót Ziemi ma wpływ na propagację światła w pobliżu Ziemi. Eksperyment Michelsona-Gale'a był bardzo dużym interferometrem pierścieniowym (obwód 1,9 kilometra), wystarczająco dużym, aby wykryć prędkość kątową Ziemi. Podobnie jak w oryginalnym eksperymencie Michelsona-Morleya , wersja Michelsona-Gale-Pearsona porównywała światło z jednego źródła (łuku węglowego) po podróży w dwóch kierunkach. Główną zmianą było zastąpienie dwóch „ramion” oryginalnej wersji MM dwoma prostokątami , jednym znacznie większym od drugiego. Światło wpadło w prostokąty, odbijając się od luster w rogach, i wróciło do punktu wyjścia. Światło wychodzące z dwóch prostokątów zostało porównane na ekranie, tak jak światło powracające z dwóch ramion byłoby w standardowym eksperymencie MM. Oczekiwane przesunięcie skrajne zgodnie ze stacjonarnym eterem i szczególną teorią względności zostało podane przez Michelsona jako:

${\ Displaystyle \ Delta = {\ Frac {4A \ omega \ sin \ phi} {\ lambda c}}}$

gdzie jest przemieszczenie w prążkach, pole powierzchni w kilometrach kwadratowych, szerokość geograficzna (41 ° 46 '), prędkość światła, prędkość kątowa Ziemi, użyta efektywna długość fali. Innymi słowy, ten eksperyment miał na celu wykrycie efektu Sagnaca spowodowanego obrotem Ziemi. ${\ displaystyle \ Delta}$${\ displaystyle A}$${\ displaystyle \ phi}$${\ displaystyle c}$${\ displaystyle \ omega}$${\ displaystyle \ lambda}$

Wynik

W wyniku eksperymentu potwierdzono, że prędkość kątowa Ziemi mierzona przez astronomię mieści się w zakresie dokładności pomiaru. Interferometr pierścieniowy z eksperymentu Michelsona-Gale'a nie został skalibrowany przez porównanie z zewnętrznym odniesieniem (co nie było możliwe, ponieważ układ był przymocowany do Ziemi). Na podstawie jego projektu można było wywnioskować, gdzie powinna znajdować się środkowa prążek interferencyjny, jeśli przesunięcie wynosi zero. Zmierzone przesunięcie wyniosło 230 części na 1000, z dokładnością 5 części na 1000. Przewidywane przesunięcie wyniosło 237 części na 1000. Według Michelson / Gale, eksperyment jest zgodny zarówno z ideą stacjonarnego eteru, jak i ze szczególną teorią względności.

Jak wskazał już Michelson w 1904 r., Pozytywny wynik takich eksperymentów zaprzecza hipotezie całkowitego oporu eteru , ponieważ wirująca powierzchnia Ziemi doświadcza eterowego wiatru. Eksperyment Michelsona-Morleya pokazuje wręcz przeciwnie, że Ziemia w pełni wciąga eter w ruchu orbitalnym, powodując zerowy wiatr eteru przeciwny do prędkości orbitalnej. Te dwa wyniki nie są sprzeczne same w sobie, ale wobec braku modelu, który by je pogodził, są one bardziej adhoc niż wyjaśnienie obu eksperymentów w ramach szczególnej teorii względności. Eksperyment jest zgodny z teorią względności z tego samego powodu, co wszystkie inne eksperymenty typu Sagnaca (patrz efekt Sagnaca ). Oznacza to, że obrót jest absolutny w szczególnej teorii względności, ponieważ nie ma inercjalnego układu odniesienia, w którym całe urządzenie jest w spoczynku podczas całego procesu obrotu, a zatem ścieżki światła obu promieni są różne we wszystkich tych ramach, w konsekwencji musi wystąpić wynik pozytywny. Możliwe jest również zdefiniowanie wirujących ramek w szczególnej teorii względności ( współrzędne Borna ), ale w tych klatkach prędkość światła nie jest już stała w rozległych obszarach, więc również w tym ujęciu musi wystąpić wynik pozytywny. Obecnie efekty typu Sagnac wynikające z obrotu Ziemi są rutynowo włączane do GPS .

Bibliografia