Michelson-Morley-eksperimentet: Beviset der afkræftede æterteorien
Michelson-Morley-eksperimentet afslørede æterteoriens fejl — et banebrydende 1887-interferometer, der revolutionerede forståelsen af lys og vakuum.
Michelson-Morley-eksperimentet var et videnskabeligt eksperiment, der havde til formål at finde tilstedeværelsen og egenskaberne af et stof kaldet æter, et stof, som man troede fyldte det tomme rum. Eksperimentet blev udført af Albert A. Michelson og Edward Morley i 1887.
Da bølger i vand har brug for noget at bevæge sig i (vand) og lydbølger også har brug for noget at bevæge sig i (luft), troede man, at lys også havde brug for noget at bevæge sig i. Forskere i det 18. århundrede kaldte dette stof for "æter" efter den græske gud for lyset. De mente, at æteren var overalt omkring os, og at den også fyldte rummets vakuum. Michelson og Morley lavede dette eksperiment for at forsøge at bevise teorien om, at æteren eksisterede. De gjorde det med et apparat, der kaldes et interferometer.
Baggrund
På tidspunktet for eksperimentet var det almindelig antagelse, at bølger altid udbredte sig i et medium. Hvis lys var en bølge, måtte der derfor eksistere et medium — æteren — som fyldte rummet. Man forventede, at Jorden, som bevægede sig omkring Solen, bevægede sig gennem denne æter og derfor ville mærke en form for "ætervind" (en forskel i lysets hastighed i forskellige retninger set fra Jorden). Et præcist eksperiment kunne opdage denne effekt ved at måle små forskelle i lysets rejsetid i to rette vinkler i forhold til bevægelsesretningen.
Apparat og metode
Michelson og Morley brugte et interferometer, som deler en lysstråle i to, sender dem ad to vinkelrette arme, lader dem reflekteres tilbage og så genforener dem. Når de to stråler mødes, danner de et interferensmønster af lyse og mørke bånd (fringes). En forskel i lysets hastighed mellem de to retninger ville give en lille forskydning af dette mønster.
For at sikre følsomheden lagde de instrumentet på en massiv, roterbar stenblok, så hele opsætningen kunne drejes stille og roligt. Ideen var, at hvis ætervinden var til stede, ville rotation af apparatet ændre vinklen mellem instrumentet og jordens bevægelse gennem æteren og dermed flytte interferensfringene på en forudsigelig måde.
Resultatet og tolkningen
Eksperimentet gav et nulresultat: Michelson og Morley fandt ingen målbar forskydning af interferensmønstret inden for deres måleusikkerhed. Kort sagt kunne de ikke påvise nogen ætervind og dermed intet bevis for en stationær æter, der påvirkede lysets hastighed.
Dette resultat var både overraskende og betydningsfuldt. Forslaget om en indskudt mekanisme — for eksempel FitzGerald- og Lorentz-kontraktionen (en antaget fysisk forkortelse af legemer i bevægelsesretningen) — blev fremsat for at forklare det manglende signal, men eksperimentet var også medvirkende til udviklingen af en ny måde at forstå rum og tid på. I 1905 præsenterede Albert Einstein sin teori om speciel relativitet, hvor lysets hastighed i vakuum er konstant i alle inertialsystemer, og hvor æter ikke længere var nødvendig som begreb.
Betydning og eftermæle
Michelson-Morley-eksperimentet regnes i dag som et afgørende eksperiment i overgangen fra klassisk til moderne fysik. Det viste, hvor vigtigt præcisionsmålinger og såkaldte "nulltests" kan være for at udfordre eksisterende teorier. Albert A. Michelson modtog senere anerkendelse for sine præcise optiske målinger (han fik Nobelprisen i fysik i 1907).
Efterfølgende eksperimenter har gentaget og forfinet testen med langt større følsomhed (bl.a. Kennedy–Thorndike-eksperimentet og moderne resonator- og lasersystemer). Samlet set sætter disse målinger meget strenge grænser for enhver anisotropi i lysets hastighed og understøtter i dag fortsat Lorentz-invarians og grundprincipperne i relativitetsteorien.
Hvorfor det stadig er vigtigt
- Michelson-Morley var et tidligt eksempel på et præcisionseksperiment, der direkte udfordrede en bredt accepteret idé.
- Det bidrog til nye teoretiske forklaringer og til sidst til den fundamentale ændring i vores opfattelse af rum og tid gennem relativitetsteorien.
- Moderne varianter af eksperimentet bruges stadig til at teste fysikkens grundprincipper med ekstrem nøjagtighed.
Forsøget
Jorden bevæger sig meget hurtigt (mere end 100.000 km i timen) rundt om solen. Hvis æteren eksisterer, vil Jordens bevægelse gennem den forårsage en "vind" på samme måde, som der synes at være vind uden for en bil i bevægelse. For en person i bilen ville luften uden for bilen virke som et stof i bevægelse. På samme måde bør æteren virke som et bevægeligt stof for ting på jorden.
Interferometeret blev designet til at måle hastigheden og retningen af "ætervinden" ved at måle forskellen mellem lysets hastighed i forskellige retninger. Den målte denne forskel ved at lade en lysstråle skinne ind i et spejl, der kun var delvist belagt med sølv. En del af strålen blev reflekteret i den ene retning, mens resten gik i den anden retning. Disse to dele blev så reflekteret tilbage til det sted, hvor de var blevet delt fra hinanden, og genforenet. Ved at se på interferensmønstre i den rekombinerede lysstråle kunne man se eventuelle hastighedsændringer på grund af ætervinden.
De fandt ud af, at der faktisk ikke var nogen væsentlig forskel i målingerne. Dette var forvirrende for det videnskabelige samfund på det tidspunkt og førte til, at der blev skabt forskellige nye teorier for at forklare resultatet. Den vigtigste var Lorentz-faktoren, som anvendes i Albert Einsteins specielle relativitetsteori.
Et Michelson-interferometer anvender det samme princip som det oprindelige eksperiment. Men det bruger en laser som lyskilde.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad var formålet med Michelson-Morley-eksperimentet?
A: Formålet med Michelson-Morley-eksperimentet var at teste for tilstedeværelsen og egenskaberne af et stof kaldet æter.
Q: Hvad er æter?
A: Æter var en hypotetisk substans, som man mente fyldte det tomme rum, og som man mente var nødvendig for, at lys kunne bevæge sig igennem.
Q: Hvornår blev Michelson-Morley-eksperimentet udført?
A: Michelson-Morley-eksperimentet blev udført i 1887.
Q: Hvad viste Michelson-Morley-eksperimentet?
A: Michelson-Morley-eksperimentet viste, at æteren ikke eksisterede.
Q: Hvad troede videnskabsmænd i det 18. århundrede om æter?
A: Videnskabsmænd i det 18. århundrede mente, at æter var overalt omkring os og også fyldte rummets vakuum.
Q: Hvad brugte Michelson og Morley til at udføre deres eksperiment?
A: Michelson og Morley brugte et apparat kaldet et interferometer til at udføre deres eksperiment.
Q: Hvad er Michelson-Morley-eksperimentet en test af?
A: Michelson-Morley-eksperimentet er en test af Einsteins specielle relativitetsteori.
Søge