Valaki elmagyarázná a Michelson-Morley-kísérletet?

Hát nem tudom milyen mélységben kell a dolog, de némi fizikai alaptudást igényel a kísérlet megértése. Azért amit tudok leírok neked. A minimum amit értened kell, azok az inerciarendszerek (vonatkoztatási rendszerek), ha ezt nem tudod jól kezelni, akkor esélyed sincs, hogy megértsd az egészet.

1. Ugye megmérték anno a fény sebességét, ami egy bizonyos értéknek adódott. Az inerciarendszerek miatt felmerült a kérdés, hogy mihez képest annyi a fény sebessége, amekkora. Mikor azt mondjuk, hogy a vonat 50 km/h-val halad, akkor tudjuk, hogy a Földhöz képest ennyi a sebessége. Egy – a Földhöz képest – 40 km/h-val haladó autóhoz képest csak 10 km/h a sebessége. A fény viszont mihez képest halad annyival, amennyivel? Feltételezték, hogy létezik valami abszolút viszonyítási rendszer, mondhatni egy anyagháló, amiben fény halad, de ez semmivel nem lép más fizikai kapcsolatba, áthatol az anyagon, stb… Ezt nevezték éternek. A feladat az volt, hogy mondjuk meg, hogy a Föld vagy a Naprendszer milyen sebességgel mozog ehhez az éterhez képest.

2. Képzelj el egy tavat. Te 10 km/h sebességgel evezel. Mennyi ideig tart elevezni 10 km-t, és ugyanannyit vissza? 2 órába telik. Most képzelj el egy folyót. Ha a folyó mondjuk 9 km/h sebességgel folyik, akkor a parthoz képest mennyi idő felevezni 10 km-t, majd ennyit vissza? Odafelé a parthoz képest 1 km/h a sebességed, tehát odafele 10 óráig tart az út. Visszafele 19 km/h a sebességed, tehát az út kb. fél óra. Az összidő 20,5 óra körül van. Ha a folyó 5 km/h sebességgel folyik, akkor az odaút 2 órába telik, a visszaút meg 40 percbe. Az összidő 2,66 óra. Ha a folyó meg 10 km/h sebességgel folyik, akkor soha nem jutsz felfele a folyón.

A lényeg, hogy a folyó sebessége miatt más és más lesz az az idő, ami szükséges, hogy a parthoz képest fel és visszaevezz 10 km-t. Abból, hogy mennyi idő alatt tetted meg az utat, következtetni lehet a folyó sebességére, ha a te sebességed ismert.

3. A fény hullám. A hullámok képesek kioltani és erősíteni egymást. A fény konkrét sebességének megméréséhez nagyon pontosan kellene mérni a távolságot és az időt. De két fényhullám által megtett út közötti legapróbb különbséget is mérni lehet a két fény interferenciájából. Ha az egyik fénysugár csak egy nagyon kis idővel később érkezik meg, más fázisban lesz, mint egy másik kontroll fénysugár, a két fénysugár utazási idejéből nagyon nagy pontossággal meg lehet határozni, hogy mekkora az fáziseltérés közöttük.

No. Akkor a kísérlet. Készítettek egy berendezést, aminek az a lényege, hogy van egy félig tükröző, félig fényáteresztő tükör. Lásd az ábrát: [link]

A fény elindul a középső tükör felé. Az fotonok fele átmegy ezen a félig áteresztő tükrön, elérkezik a B teljes tükörig, visszapattan, majd a fele újra átmegy a tükrön, ami most számunkra nem lényeges, de a másik fele tükröződés után beérkezik a E érzékelőbe.

A fotonok másik fele tükröződik a középső tükrön, belemegy az A tükörbe, visszapattan, majd ennek egyik fele szintén tükröződik, ami megint csak nem érdekes a mi esetünkben, de a másik fele ugyanúgy átmegy a tükrön, és beérkezik az E érzékelőbe. Lásd még: [link]

Oké, a két fénysugár egy bizonyos idő alatt teszi meg az utat, tehát az érzékelőbe mindig ugyanabban a fázisban érkezik meg, tehát az interferenciaképük is ugyanaz lesz. (Itt teljesen lényegtelen, hogy az egyik nagyobb távolságot tesz meg, azaz hogy az A tükör messzebb van esetleg, a lényeg, hogy a fénysugár ugyanabban a fázisban érkezik meg a másikhoz képest.)

Ha a szerkezet mozog az éterhez képest, méghozzá úgy, hogy az egész szerkezet a B tükör irányába mozog, akkor megváltozik az idő, ami alatt a fénysugár megteszi az utat. Méghozzá a két különböző irányban elinduló fénysugár más és más idő alatt teszi meg az utat, ha a fény az éterhez képest ugyanannyi utat tesz meg egy bizonyos idő alatt. Ha tehát ez az eset áll fenn, akkor a két fénysugár más fázisban fog megérkezni, mint álló helyzet esetén. (Extrém esetben persze lehet, hogy ugyanabban a fázisban, de ennek elég kicsi az esélye.)

Lásd: [link]

Hogy kiküszöböljük ezt az extrém esetet, el lehet fordítani a berendezést, az elforgatás óhatatlanul a fénysugarak fázisának egymáshoz való viszonyának megváltozását kell, hogy magával vonja.

A kísérlet azt a meglepő eredményt hozta, hogy hiába forgatod el a szerkezetet, a két fény ugyanabban a fázisban érkezik meg egymáshoz képest, ami kizárólag úgy lehetséges, hogy a mérőműszer pont áll az éterhez képest. Oké, különleges esetben ez is előfordulhatna, elég valószínűtlen, de miért ne?

Oké, csakhogy a Föld nagy sebességgel forog a tengelye körül, sőt kering a Nap körül, tehát ha adott pillanatban áll is az éterhez képest a mérőműszer, pár óra múlva, vagy pár hónap múlva már nem, így az eredmény az lenne, hogy kimérnék az éppen aktuális sebességét a Földnek az éterhez képest. Nem ez történt, a kísérlet bármikor is lett végrehajtva, azt mutatta, hogy a Föld áll az éterhez képest. Ez meg csak úgy lehetséges, ha az éter kimondottan a Földhöz képest állandóan állna, ami elég valószínűtlen, lévén, hogy forog, és kering is a Nap körül, miért lenne az éter pont a Földhöz képest álló. De még ez sem elképzelhetetlen teljesen, viszont ebben az esetben ha a mérőeszközt akár egészen finoman mozgatod, akkor megint csak meg kellene változni az interferenciaképnek attól függően, hogy a Földhöz képest álló éterhez képest milyen irányba tolod az asztalt. De ebben az esetben sem volt változás a két fénysugár interfenciaképében.

Ergo nincs éter, a fény nem valamihez képest mozog fénysebességgel, hanem bármihez képest mozog fénysebességgel, függetlenül attól, hogy az adott viszonyítási pont amúgy milyen sebességgel halad. Ezt az ellentmondást aztán Einstein tudta kiküszöbölni a speciális relativitáselméletben, ami kimondottan ebből a tényből indulva ki, átértelmezte a tér és idő fogalmát úgy, hogy abban a tér és idő az adott viszonyítási ponthoz mérve egészen más, mint egy másikhoz képest, de mindkettőben azonos a fény sebessége. Ekkor a Michelson-Morley kísérlet így néz ki:

[link]

Látható a mérőeszköt tere megrövidül a mi viszonyítási rendszerünkhöz képest nézve, így a mi nézőpontunkból is, és a mozgó mérőműszerhez képest is egyaránt fénysebességgel tud mozogni a fény, anélkül, hogy ez ellentmondást okozna a két viszonyítási rendszer egymáshoz képesti sebessége miatt.