آزمایش مایکلسون-مورلی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
نمایی از تداخل سنج

آزمایش مایکلسون-مورلی یکی از مهم‌ترین و مشهورترین آزمایش‌های تاریخ فیزیک است که در سال ۱۸۸۷ میلادی آلبرت مایکلسون و ادوارد مورلی انجامش دادند. این آزمایش راه را برای پذیرش نظریهٔ نسبیت خاص که اینشتین در سال ۱۹۰۵ ارائه داد، هموار کرد. آزمایش مایکلسون-مورلی را معمولاً نخستین شاهد قوی برای رد نظریهٔ اتر می‌دانند. آلبرت مایکلسون به خاطر این آزمایش جایزه نوبل فیزیک را در سال ۱۹۰۷ از آن خود کرد.

دستگاه این دو دانشمند متشکل از یک تداخل سنج ویژه بود که در آن هر باریکه تکرنگ نور به دو باریکه شکافته می‌شد. دو باریکه مسیرهای مختلفی را پیموده و دوباره با هم ترکیب می‌شدند و تداخل حاصله سبب ایجاد نوارهای روشن و تاریک می‌شد. این آزمایش توانست عدم وجود اتر را به اثبات رساند.

نگاه اجمالی[ویرایش]

آزمایش مایکسون - مورلی را آلبرت مایکلسون که در آن هنگام در مدرسه علوم کاربردی کیس بود و ادوارد مورلی از دانشگاه وسترن رزرو در همسایگی کیس ، هر دو در کلیولند اوهایو ، انجام دادند. این آزمایش نشان داد که سرعت نور در جهات مختلف ، تحت تأثیر حرکت زمین نیست. این نتیجه ، از نظر تجربی ، دلیل قاطعی بود علیه موجودیت اثیر (یا اتر) که وجودش برای انتشار امواج الکترومغناطیسی لازم شمرده می‌شد.

آلبرت انیشتین ، چندی بعد (1905) بطور نظری نشان داد که (فرضیه) اثیر با نظریه نسبیت خاص او سازگار نیست. در این نظریه ، انیشتین بنا را بر این گذاشت که سرعت نور ، ثابتی عام است و به حرکت ناظر یا حرکت چشمه نور بستگی ندارد. این واقعیت با این برداشت که امواج الکترومغناطیسی آشفتگیهایی هستند که در محیط زمینه‌ای مانند اثیر انتشار می‌یابند، سازگاری ندارد.

سیر تحولی و رشد[ویرایش]

آزمایش مایکلسون - مورلی دنباله مطالعات اولیه مایکلسون در زمان دانشجویی‌اش در برلین زیر نظر هرمان فون هلمر و ولتز بود. او در سال 1880 در آنجا تداخل سنج مایکلسون را ساخت و در همان زمان به کمک آن آزمایش اولیه‌ای را که برای آشکارسازی اثرات حرکت زمین در اثیر طراحی شده بود، پتسدام انجام داد. این آزمایش اساس آزمایشی را که هفت سال بعد انجام شد، تشکیل داد. مایکلسون پس از انتقال به کیس با مورلی آشنا شد و در سال 1884 آنها با همکاری یکدیگر آزمایش آرمان فیزو را با موفقیت تکرار کردند. مایکلسون - مورلی به درخواست لرد ریلی که انجام دوباره آزمایش پتسدام مایکلسون را ضروری می‌دانست، آزمایش هر دو آنها را در آوریل 1887 آغاز کردند.

اساس آزمایش مایکلسون - مورلی[ویرایش]

اساس آزمایش ساده بود. اگر دو باریکه نور ، یکی به موازات حرکت زمین و دیگری در راستای عمود بر آن مسافتهای یکسانی را در اثیر طی کنند، زمانهای یکسانی برای پیمودن مسیر رفت و برگشت سپری نخواهد شد. اگر سرعت نور را C ، طول مسیر رفت و برگشت را 2L و سرعت فرضی زمین نسبت به اثیر را V <<C بگیریم. تفاوت زمان بین دو مسیر رفت و برگشت در حدود L (V²/C³ خواهد بود.

اگر از یک باریکه نور آغاز کنیم و بعد آن را به دو قسمت کنیم، بطوری که دو قسمت یکی از دو مسیر مورد نظر را بپیماید و هنگام بازگشت آن دو را با هم ترکیب کنیم، اثر این تفاوت زمانی آن است که یکی از این دو باریکه با اندکی اختلاف فاز نسبت به دیگری به مقصد خواهد رسید. در نتیجه ، فریزهای تداخلی که در وضعیت هم فاز بودن باریکه‌ها قابل مشاهده است اندکی جابجا شوند. اگر دستگاه چرخانده شود تا باریکه‌ای که در ابتدا به موازات حرکت زمین حرکت می‌کرد در راستای عمود بر آن حرکت کند، جابجایی فریز باید بیشینه باشد. در این حالت جابجایی مورد انتظار برابر 0.04 فاصله بین دو فریز متوالی محاسبه شد. و این اثری قابل اندازه گیری بود.

اهمیت آزمایش مایکلسون - مورلی[ویرایش]

تخته سنگ سنگینی که تجهیزات اپتیکی روی آن قرار داشت در حوضی از جیوه غوطه ور شده بود. بدین ترتیب ، نه تنها امکان چرخاندن دستگاه به نرمی فراهم شده بود، بلکه آنرا از لرزشهای بیرونی نیز منزوی ساخت. و این چیزی بود که مشکل اساسی آزمایش پتسدام به شمار می‌آمد.

با استفاده از شانزده آینه بجای دو آینه ، طول سیر نور به 36 فوت افزایش پیدا کرده بود. با چنین مسیری که تقریباً 10 برابر مسیر قبلی بود جابجایی مورد انتظار ناشی از حرکت زمین در اثیر در حدود 0.4 فاصله فریزهای متوالی پیش بینی می‌شد.

نتایج آزمایش مایکلسون - مورلی[ویرایش]

این آزمایش بین 8 تا 12 ژوئیه 1887 انجام شد. و مایکلسون در نامه‌ای که اندکی بعد به ریلی نوشت با اکراه نتیجه را چنین گزارش داد:

آزمایشهای مربوط به حرکت نسبی زمین و اثیر به پایان رسیده‌اند و نتیجه قاطعانه منفی است. انحراف مورد انتظار فریزهای تداخل از صفر که باید 0.4 فریز بوده است، حداکثر 0.02 فریز بطور میانگین بسیار کمتر از 0.01 فریز و آن هم در جای درست خود نبود، چون جابجایی متناسب با مجذور سرعتهای نسبی است. نتیجه این است که اگر اثیر از کنار (زمین) نلغزد، سرعت نسبی کمتر از یک ششم سرعت زمین است.

منابع[ویرایش]

کنت اس. کرین. فیزیک جدید. مرکزنشردانشگاهی، ۱۳۸۲. 

دانشنامه رشد

جستارهای وابسته[ویرایش]