Въведение в опита на Майкелсън-Морли

Дотук в няколко видеа видяхме, че повечето от вълните, които хората са наблюдавали в природата – вълни във вода, звукови вълни или просто вълни, движещи се по въже – бяха периодични промени, движещи се в някаква среда. Когато светлината прояви или има вълноподобни свойства, много естествено предположение е, че светлината също трябва да е периодична промяна, движеща се в някакъв вид среда, дори ако тази среда не е толкова лесна за засичане. Но хората предположили, че има някакъв вид среда, през която се движи светлинната периодична промяна. Те я нарекли светоносен етер. Много от физиците през 19-век опитвали да докажат, че светоносният етер съществува и да открият каква е нашата сравнителна скорост спрямо този светоносен етер. И защо сме уверени, или защо те били уверени, че има сравнителна скорост? Говорихме за това в последното видео. Земята се върти и обикаля около Слънцето с голяма скорост, а после цялата Слънчева система обикаля в орбита около центъра на Галактиката с голяма скорост. И самата галактика може би се движи. Тоест ако имаш някаква абсолютна отправна система, която е определена от етера, ние ще се движим спрямо нея. И ако се движим спрямо нея, може би просто измерваш скоростта на светлината в различни посоки и гледаш дали скоростта на светлината е по-бърза или по-бавна в определена посока, а това може да ти помогне да определиш – първо, да докажеш, че етерът съществува – но също да ни покаже каква е скоростта ни спрямо етера, спрямо тази абсолютна отправна система. Но проблемът през 19-ти век бил, че нямало точен начин реално да се измери – или достатъчно точен начин за измерване – на скоростта на светлината, при който може да се засече сравнителната разлика поради движението на светлината към или срещу, или към или надалеч, реалната посока на етерния вятър. И експериментът, който обикновено се цитира, когато за пръв път разглеждаме тези неща, който представлява пробив в цялата тази идея за светоносния етер, е експериментът на Майкелсън и Морли. Опитът на Майкелсън и Морли. Те осъзнали, че не можем да измерим скоростта на светлината с достатъчна точност, за да установим дали е била забавена от етерния вятър, или ускорена от етерния вятър, но има нещо, което можем да направим. И това направили Майкелсън и Морли. И ще покажа опростена версия на този експеримент. Имаш един източник на светлина ето тук. Имаш източник на светлина. Това ще изпрати светлина в тази посока. Ще изпрати светлина ето така. И имаш полу-посребрено огледало, което позволява на половината светлина да премине директно през него, а другата половина да бъде отразена. Нека поставим едно полу-посребрено огледало ето тук. Това е едно полу-посребрено огледало. Половината от светлината ще се отрази ето така – това е едно опростено представяне. Нека го направя малко по-прилежно. Половината ще се отрази ето така. А другата половина ще успее да премине. Ще успее да премине. Това е полу-посребрено огледало. А после правим всеки от тези светлинни лъчи – взимаме началния си светлинен лъч и го разделяме на две – после това ще се отрази от тези огледала. Отразява се от огледалата, които са равно раздалечени. И има някои настройки, като трябва да вземеш всичко в предвид, но самата проста идея – тези неща просто ще се отразят обратно. Сега това ще се отрази обратно. Това е полу-посребрено, част от светлината може да премине през това огледало. Това е този лъч. И този ще се отрази обратно. Този ще се отрази обратно. Част от светлината ще се отрази в тази посока. А после можеш да засечеш какво виждаш. Можеш да засечеш какво виждаш. Това тук е един детектор. И може би си казваш: "Сал, и какво от това? Взе един източник на светлина, раздели светлинните лъчи, събра ги отново, накара ги малко да се отразят." Но ако имаше светоносен етер, тези светлинни вълни, които се движат в ортогонални посоки ще се движат с различни скорости. Да кажем, че ако този светоносен етер, ако този светоносен етерен вятър вършеше нещо като... Да видим, ако етерният вятър беше в тази посока, ако етерният вятър беше в тази посока, когато светлинната вълна се движи насам, тя трябва да се движи по-бързо, а когато светлинната вълна се връща обратно, тя трябва да се движи по-бавно. Майкелсън и Морли казали: "Нека приемем... Нека настроим апарата си тук, така че когато тези два светлинни лъча се отразят и се съберат обратно, ако няма етер, тогава ще се получи някаква интерференчна картина." Какво имам предвид под интерференчна картина? Да кажем, че може би този лъч отскача от тук. Нека направя това в различен цвят. Този, който се отразява тук, да кажем, че изглежда така. Ще го начертая като надлъжна вълна, ето така. Най-добрата ми рисунка на надлъжна вълна. А лъчът, който идва от другата посока, който отскача тук и се връща обратно ето така, е друга надлъжна вълна, като тази. И когато се припокрият, те ще интерферират една с друга, ще интерферират или конструктивно, или деструктивно. Може да имаш нещо подобно. Нека копирам това и да го поставя. В зависимост от това колко надалеч или колко бързо се е движила всяка от тези, ще имаш различни нива на интерференция. И ще имаш разлика, в зависимост от ориентацията, в зависимост от това какво прави етерният вятър. Но Майкелсън и Морли видели, че без значение как ориентират този апарат – и направили това в различни периоди от годината, и го въртели наоколо, и го въртели във вертикална посока и в хоризонтална посока – без значение какво правели, винаги получавали една и съща интерференчна картина. Интерференчната картина не се променяла. И понеже интерференчната картина не се променя, това предполага, че този етер може би няма ефект върху забавянето или ускоряването на светлинните вълни. Това често се нарича един от най-известните провалили се опити във физиката. Нека запиша това. Важното за това е, че е бил неуспешен опит. Нека извадя молива си. Това е бил неуспешен опит, но е накарал хората да се усъмнят: "Всъщност може би няма етер, светоносен етер, може би светлината просто някак се движи във вакуума. Може би я няма тази абсолютна отправна система, която е определена от светоносния етер." Искам да поясня, че този опит не е бил единствен. Този опит е бил един от многото, които започнали да създават това съмнение. Но дори след този опит – и те видели, че нямало промяна в интерференчната картина, без значение как ориентирали това нещо, дали се движело в посоката на хипотетичния светоносен етер, или надалеч от него – когато те казали, че без значение как ориентирали това, пак получавали същата интерференчна картина, хората опитали да намерят други обяснения, които могат да включват светоносния етер. Може би дължината се съкращава в посоката на движението. Може би други неща са засегнати. Но това е много важен опит във физиката, понеже, пак повтарям, накарал хората да се усъмнят, че може би няма светоносен етер, а тази светлина просто ще премине през този вакуум и, както ще видим, ще се движи с една и съща скорост, без значение от каква отправна система я гледаш. Но ще разгледаме това повече в бъдещи видеа.