Michelson-Gal-Pearson eksperiment

Michelson-Gal-Pearson-eksperimentet (1925) er en modificeret version af Michelson-Morley-eksperimentet og Sagnac-interferometeret . Den målte Sagnac-effekten på grund af Jordens rotation og testede således rigtigheden af ​​den specielle relativitetsteori eller teorien om den lysende æter i Jordens roterende koordinatsystem .

Oplev

Formålet med eksperimentet, som først foreslået af Albert A. Michelson i 1904 og derefter implementeret i 1925, var at finde ud af, om Jordens rotation påvirker udbredelsen af ​​lys nær Jorden [1] [2] [3] . Michelson-Gal eksperimentet var et meget stort ringinterferometer (omkreds 1,9 km) stort nok til at bestemme jordens vinkelhastighed. Som i det originale Michelson-Morley-eksperiment sammenlignede Michelson-Gal-Pearson-versionen lys fra én kilde (kulbue) efter at have passeret i to retninger. Hovedændringen var at erstatte de to "arme" i den originale version af Michelson-Morley-eksperimentet med to rektangler , hvoraf den ene var meget større end den anden. Lyset blev rettet ind i rektanglerne, reflekteret fra spejlene i hjørnerne og vendt tilbage til udgangspunktet. Lyset, der forlader de to rektangler, blev sammenlignet på skærmen på samme måde som lyset, der vendte tilbage fra de to arme i standard Michelson-Morley-eksperimentet. Den forventede forskydning af frynserne i henhold til en fast æter og speciel relativitet blev givet af Michelson som:

hvor  er forskydningen i udkanter,  er arealet i kvadratkilometer,  er breddegraden (41° 46'),  er lysets hastighed,  er Jordens vinkelhastighed,  er den anvendte effektive bølgelængde. Med andre ord var dette eksperiment rettet mod at opdage Sagnac-effekten forbundet med Jordens rotation [4] [5] .

Resultat

Resultatet af eksperimentet var, at Jordens vinkelhastighed, målt af astronomer, blev bekræftet inden for målingens nøjagtighed. Ringinterferometeret i Michelson-Gal-eksperimentet blev ikke kalibreret mod en ekstern standard (hvilket var umuligt, da opsætningen var fastgjort på Jorden). Ud fra dens design kunne man udlede, hvor den centrale interferensbryn skulle være, hvis der var et nulskift. Det målte skift var 230 dele pr. 1000 med en nøjagtighed på 5 dele pr. 1000. Det forudsagte skift var 237 dele pr. 1000. Ifølge Michelson-Gal er eksperimentet foreneligt med både ideen om en stationær æter og speciel relativitet.

Som Michelson allerede påpegede i 1904 [1] modsiger et positivt resultat i sådanne eksperimenter hypotesen om fuldstændig luftmodstand fra æteren , da Jordens roterende overflade er underlagt den æteriske vind. Tværtimod viser Michelson-Morley-eksperimentet, at Jorden fuldstændig trækker æteren i sin kredsløbsbevægelse, hvilket fører til en nul ætervind, modsat kredsløbshastigheden. Disse to resultater er ikke uforenelige i sig selv, men i mangel af en model til at forene dem, er de mere betingede end forklaringen af ​​begge eksperimenter i form af speciel relativitet [6] . Eksperimentet stemmer overens med relativitetsteorien af ​​samme grund, som alle andre Sagnac-type eksperimenter gør (se Sagnac-effekten ). Det vil sige, at rotationen er absolut i speciel relativitet, fordi der ikke er nogen inertiereferenceramme, hvori hele enheden ville være i ro under hele rotationsprocessen, så lysbanerne for de to stråler er forskellige i alle disse referencerammer, derfor der skal være et positivt resultat. Det er også muligt at definere roterende referencerammer i speciel relativitet ( Born coordinates ), men i disse referencerammer er lysets hastighed ikke længere konstant over udvidede områder, så et positivt resultat må også holde ud fra dette synspunkt. i øjeblikket er sagnac-effekter på grund af jordens rotation almindeligvis inkluderet i GPS [7] [8] .

Noter

1. ↑ 12 Michelson, A.A. (1904) . "Relativ bevægelse af jord og æter" . Filosofisk tidsskrift . 8 (48): 716-719. DOI : 10.1080/14786440409463244 . Arkiveret fra originalen 2022-01-29 . Hentet 2022-01-29 . Forældet parameter brugt |deadlink=( hjælp )
2. ↑ Michelson, A.A. (1925). "Effekten af ​​jordens rotation på lysets hastighed, I.". Astrofysisk tidsskrift . 61 : 137. Bibcode : 1925ApJ....61..137M . DOI : 10.1086/142878 .
3. ↑ Michelson, A.A. (1925). "Effekten af ​​jordens rotation på lysets hastighed, II" . Astrofysisk tidsskrift . 61 : 140. Bibcode : 1925ApJ....61..140M . DOI : 10.1086/142879 .
4. ↑ Anderson, R., Bilger, H.R., Stedman, G.E. (1994). "Sagnac-effekt: Et århundrede med jordroterede interferometre". Er. J Phys . 62 (11): 975-985. Bibcode : 1994AmJPh..62..975A . DOI : 10.1119/1.17656 .
5. ↑ Stedman, G.E. (1997). "Ringlasertest af fundamental fysik og geofysik" (PDF) . Rapporter om fremskridt i fysik . 60 (6): 615-688. Bibcode : 1997RPPh...60..615S . DOI : 10.1088/0034-4885/60/6/001 . Arkiveret (PDF) fra originalen 2020-11-01 . Hentet 2022-01-29 . Forældet parameter brugt |deadlink=( hjælp )
6. ↑ Georg Joos : Lehrbuch der theoretischen Physik. 12 udgave, 1959, side 448
7. ↑ Capderou. Håndbog i satellitbaner: Fra Kepler til GPS . - 2014. - ISBN 978-3-319-03416-4 . Arkiveret 29. januar 2022 på Wayback Machine Uddrag af side 716 Arkiveret 29. januar 2022 på Wayback Machine
8. ↑ Rizzy. Relativitet i roterende rammer: Relativistisk fysik i roterende referencerammer . - 2013. - ISBN 978-94-017-0528-8 . Arkiveret 29. januar 2022 på Wayback-maskinen Uddrag af side 11 Arkiveret 29. januar 2022 på Wayback-maskinen