19-cu əsrin ikinci yarısında işığın yayılmasının təbiəti, cazibə qüvvəsinin təsiri və bəzi digər hadisələrə fiziki baxışlar getdikcə daha aydın şəkildə çətinliklərlə qarşılaşmağa başladı. Onlar elmdə hakim olan eter anlayışı ilə bağlı idi. Necə deyərlər, yığılmış ziddiyyətləri həll edəcək eksperimentin keçirilməsi ideyası havada idi.
1880-ci illərdə o dövrlər üçün çox mürəkkəb və incə olan bir sıra təcrübələr quruldu - işıq sürətinin müşahidəçinin hərəkət istiqamətindən asılılığını öyrənmək üçün Mişelson təcrübələri. Bu məşhur eksperimentlərin təsviri və nəticələri üzərində daha ətraflı dayanmazdan əvvəl efir anlayışının nə olduğunu və işıq fizikasının necə başa düşüldüyünü xatırlatmaq lazımdır.
19-cu əsrin dünyanın təbiətinə baxışları
Əsrin əvvəlində işığın dalğa nəzəriyyəsi parlaq eksperimental nəticələr əldə edərək qalib gəldi. Jung və Fresnel əsərlərində təsdiq, daha sonra isə Maksvellin işində nəzəri əsaslandırma. İşıq tamamilə danılmaz şəkildə dalğa xassələri nümayiş etdirdi və korpuskulyar nəzəriyyə izah edə bilmədiyi faktlar yığını altında gizləndi (yalnız 20-ci əsrin əvvəllərində tamamilə yeni əsaslarla yenidən dirçəldildi).
Lakin o dövrün fizikası dalğanın yayılmasını mühitin mexaniki vibrasiyasından başqa cür təsəvvür edə bilməzdi. Əgər işıq dalğadırsa və o, vakuumda yayıla bilirsə, o zaman alimlərin vakuumun işıq dalğalarını keçirən titrəyişlərə görə müəyyən bir maddə ilə dolduğunu fərz etməkdən başqa çarəsi yox idi.
İşıqlı Eter
Çəkisiz, görünməz, heç bir cihaz tərəfindən qeydə alınmayan sirli maddə efir adlanırdı. Michelsonun təcrübəsi sadəcə onun digər fiziki obyektlərlə qarşılıqlı əlaqəsi faktını təsdiqləmək üçün hazırlanmışdır.
Efir maddənin varlığı haqqında fərziyyələr 17-ci əsrdə Dekart və Hüygens tərəfindən ifadə edilmiş, lakin 19-cu əsrdə hava kimi zəruri olmuş və eyni zamanda həll olunmayan paradokslara səbəb olmuşdur. Fakt budur ki, ümumiyyətlə mövcud olmaq üçün efir bir-birini istisna edən və ya ümumiyyətlə, fiziki cəhətdən qeyri-real keyfiyyətlərə malik olmalı idi.
Efir konsepsiyası ziddiyyətləri
Müşahidə olunan dünyanın mənzərəsinə uyğun gəlmək üçün parlaq efir tamamilə hərəkətsiz olmalıdır - əks halda bu şəkil daim təhrif ediləcəkdir. Lakin onun hərəkətsizliyi Maksvell tənlikləri və prinsipi ilə barışmaz ziddiyyət təşkil edirdiQaliley nisbiliyi. Onların qorunub saxlanılması üçün efirin hərəkət edən cisimlər tərəfindən daşındığını etiraf etmək lazım idi.
Bundan başqa, efir materiyasının mütləq bərk, davamlı və eyni zamanda onun üzərindən cisimlərin hərəkətinə heç bir maneə törətməyən, sıxıla bilməyən və üstəlik, eninə elastikliyə malik olan, əks halda elektromaqnit dalğaları keçirməyəcəyi düşünülürdü. Bundan əlavə, efir hərtərəfli yayılan bir maddə kimi təsəvvür edildi, bu da yenə onun ehtiras ideyasına uyğun gəlmir.
Mişelson təcrübəsinin ideyası və ilk istehsalı
Amerikalı fizik Albert Mişelson 1879-cu ildə Maksvellin ölümündən sonra dərc olunmuş və Nature jurnalında Yerin efirə görə hərəkətini aşkar etmək üçün uğursuz cəhdi təsvir edən Maksvellin məktubunu oxuduqdan sonra efir problemi ilə maraqlandı.
1881-ci ildə Mişelsonun Yerlə hərəkət edən müşahidəçi olan efirə nisbətən müxtəlif istiqamətlərdə yayılan işığın sürətini təyin etmək üçün ilk təcrübəsi baş tutdu.
Orbitdə hərəkət edən Yer efir küləyinin təsirinə məruz qalmalıdır - bu, hərəkət edən cismin üzərində işləyən hava axınına bənzər bir hadisədir. Bu "küləyə" paralel yönəldilmiş monoxromatik işıq şüası ona doğru hərəkət edəcək, sürətini bir az itirəcək və əksinə (güzgüdən əks olunaraq) əks istiqamətdə. Hər iki halda sürətin dəyişməsi eynidir, lakin bu, müxtəlif vaxtlarda əldə edilir: yavaşlamış "qarşıdan gələn" şüanın səyahəti daha uzun sürəcək. Beləliklə, işıq siqnalı"efir küləyi"nə paralel olaraq yayılan siqnal güzgüdən əks olunmaqla eyni məsafəni qət edən siqnala nisbətən mütləq gecikəcək, lakin perpendikulyar istiqamətdə.
Bu gecikməni qeydə almaq üçün Mişelsonun özü tərəfindən ixtira edilmiş cihazdan - işləməsi koherent işıq dalğalarının superpozisiya fenomeninə əsaslanan interferometrdən istifadə edilmişdir. Dalğalardan biri geciksə, nəticədə yaranan faza fərqinə görə müdaxilə nümunəsi dəyişəcək.
Michelsonun güzgülər və interferometr ilə ilk təcrübəsi cihazın qeyri-kafi həssaslığı və çoxsaylı müdaxilələrin (vibrasiyaların) düzgün qiymətləndirilməməsi səbəbindən birmənalı nəticə vermədi və tənqidlərə səbəb oldu. Dəqiqlikdə əhəmiyyətli təkmilləşdirmə tələb olundu.
Təkrarlanan təcrübə
1887-ci ildə alim həmyerlisi Edvard Morli ilə birlikdə təcrübəni təkrarladı. Onlar təkmil quraşdırmadan istifadə etdilər və yan amillərin təsirini aradan qaldırmaq üçün xüsusi diqqət göstərdilər.
Təcrübənin mahiyyəti dəyişməyib. Lens vasitəsilə toplanan işıq şüası 45° bucaq altında quraşdırılmış yarı şəffaf güzgüyə düşdü. Burada o, bölündü: bir şüa bölücüdən keçdi, ikincisi perpendikulyar istiqamətdə getdi. Şüaların hər biri daha sonra adi düz güzgü ilə əks olundu, şüa ayırıcıya qayıtdı və sonra qismən interferometrə dəydi. Təcrübəçilər "efir küləyi"nin mövcudluğuna əmin idilər və müdaxilə sərhədinin üçdə birindən çoxunun tamamilə ölçülə bilən yerdəyişmə əldə edəcəyini gözləyirdilər.
Günəş sisteminin kosmosda hərəkətinə laqeyd yanaşmaq qeyri-mümkün idi, ona görə də eksperimentin ideyasına "efir küləyi"nin istiqamətini dəqiq tənzimləmək üçün qurğunun fırlanması imkanı daxil idi.
Cihazı döndərərkən vibrasiya müdaxiləsinin və şəklin təhrif olunmasının qarşısını almaq üçün bütün struktur təmiz civədə üzən taxta toroidal üzmə ilə nəhəng bir daş plitə üzərində yerləşdirildi. Quraşdırmanın altındakı bünövrə qayaya basdırılıb.
Eksperimental nəticələr
Alimlər il boyu diqqətli müşahidələr apararaq, lövhəni cihazla saat əqrəbinin və saat əqrəbinin əksinə fırladıblar. Müdaxilə nümunəsi 16 istiqamətdə qeydə alınıb. Və öz dövrü üçün görünməmiş dəqiqliyə baxmayaraq, Mişelsonun Morli ilə birgə apardığı təcrübə mənfi nəticə verdi.
Şüa ayırıcını tərk edən fazadaxili işıq dalğaları faza dəyişmədən finiş xəttinə çatdı. Bu, hər dəfə interferometrin istənilən mövqeyində təkrarlanırdı və Mişelson təcrübəsində işığın sürətinin heç bir şəraitdə dəyişməməsi demək idi.
Təcrübənin nəticələrinin yoxlanılması dəfələrlə, o cümlədən XX əsrdə lazer interferometrlərindən və mikrodalğalı rezonatorlardan istifadə edilərək işıq sürətinin on milyardda bir dəqiqliyinə çataraq həyata keçirilib. Təcrübənin nəticəsi sarsılmaz olaraq qalır: bu dəyər dəyişməzdir.
Təcrübənin mənası
Mişelson və Morlinin təcrübələrindən belə çıxır ki, "efir küləyi" və deməli, bu çətin maddənin özü sadəcə mövcud deyil. Əgər hər hansı fiziki obyekt heç bir prosesdə əsaslı şəkildə aşkar edilmirsə, bu, onun olmamasına bərabərdir. Parlaq şəkildə səhnələşdirilmiş eksperimentin müəllifləri də daxil olmaqla fiziklər, efir konsepsiyasının və onunla birlikdə mütləq istinad çərçivəsinin dağıldığını dərhal dərk etmədilər.
Yalnız 1905-ci ildə Albert Eynşteyn eksperimentin nəticələrinin ardıcıl və eyni zamanda inqilabi yeni izahını təqdim edə bildi. Bu nəticələri olduğu kimi nəzərə alaraq, onlara spekulyativ efir cəlb etməyə çalışmadan Eynşteyn iki nəticəyə gəldi:
- Heç bir optik təcrübə Yerin düzxətti və vahid hərəkətini aşkar edə bilməz (onu belə hesab etmək hüququ müşahidə aktının qısa müddətinə verilir).
- İstənilən inertial istinad sistemi ilə əlaqədar olaraq, vakuumda işığın sürəti dəyişməzdir.
Bu nəticələr (birincisi - Qaliley nisbilik prinsipi ilə birlikdə) Eynşteynin məşhur postulatlarını tərtib etməsi üçün əsas oldu. Beləliklə, Mişelson-Morli təcrübəsi xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi üçün möhkəm empirik əsas rolunu oynadı.
