الأثير المضيء
كليفلاند، يوليو 1887. يضع ميكلسون ومورلي بلاطة حجرية على وسادة من الزئبق، ويثبّتان عليها المرايا، ثم يديرانها ببطء. تسير الأرض حول الشمس بسرعة 30 km/s، وإن كان الضوء موجة في أثير ساكن، فلا بد أن تُزيح رياح الأثير المعاكسة الأهداب في العينية بمقدار 0,4 هدبة. انتظرا الإزاحة. لكنها لم تحدث.
اختُرع الأثير لأن الموجة تحتاج إلى وسط. الصوت ينتقل في الهواء، والموج في الماء — إذن لا بد أن الضوء ينتقل في شيء يملأ الفراغ. وكان على الأثير أن يكون أصلب من الفولاذ ليحمل موجات بهذه السرعة، ومع ذلك لا يعيق الكواكب. وأظهرت تجربة 1887 أن الضوء يتحرك بالطريقة نفسها في كل الاتجاهات، أيًّا كانت حركة الأرض. وفي عام 1905 جعل أينشتاين ذلك قانونًا، فلم تعد للأثير حاجة.
| الرمز | aether · luminiferous aether · بلا رمز |
| كيف بحثوا عنه | عبر سرعة الأرض خلال الأثير — أي إزاحة أهداب التداخل |
| ما كان مفترضًا | وسط ساكن · سرعة الضوء تتوقف على حركة الراصد |
| الإدخال والتخلي | هويغنز، 1690 · فرينل، 1818 · ميكلسون ومورلي، 1887 · أينشتاين، 1905 |
| الكتابة اليوم | c = 299 792 458 m/s بالضبط، منذ عام 1983 — بحكم تعريف المتر |
| قيم نموذجية | 0,37 هدبة — المتوقَّع عام 1887 · أقل من 0,01 — ما رُصد · 10⁻¹⁷ — الدقة اليوم |
01 · التعريف
الوسط الذي يسري فيه الضوء
إن كان الضوء موجة في الأثير، فله سرعة بالنسبة إلى الأثير هي c. والراصد الذي يندفع عبر الأثير ينبغي أن يرى الضوء أسرع حين يأتيه من الأمام وأبطأ حين يلحق به من الخلف. تسير الأرض حول الشمس بسرعة 30 km/s — أي جزء من عشرة آلاف من c. وهذا الفرق بالذات هو ما حاولوا التقاطه.
لا يمكن قياس تصحيح كهذا مباشرة، فهو أصغر من اللازم. لذا قارن ميكلسون بين مسارين للضوء: على طول الريح وعرضها. كسبّاح يقطع النهر ذهابًا وإيابًا مع التيار، ثم عرضيًا: على طول التيار يستغرق وقتًا أطول. والفرق هو مربع نسبة صغيرة، (v/c)² = 10⁻⁸. والتداخل يجعله مرئيًا: فالفرق بجزء من طول الموجة يُزيح الأهداب المضيئة.
من يعود أولًا
نهر عرضه L يجري من اليسار إلى اليمين، والأسهم البنفسجية الفاتحة هي التيار. يسبح سبّاحان بالسرعة نفسها c: الذهبي على طول النهر ذهابًا وإيابًا، والأزرق عرضيًا إلى الضفة الأخرى ثم يعود. والأشرطة في الأسفل هي زمن كل منهما. السبّاح العرضي يصل دائمًا أولًا. وكذلك كان يُفترض أن تسبق الحزمة العمودية على رياح الأثير الحزمةَ الموازية لها.
أدِر البلاطة وانظر في العينية
الإجراء الرئيسي واحد — زر «أدِر البلاطة». تطفو البلاطة الحجرية على الزئبق وتدور ببطء. نراها في الوسط من الأعلى: مصباح ذهبي، وحزم زرقاء تتجه إلى المرايا في طرفي الذراعين، 16 انعكاسًا لكل منهما، و11 m من المسار في المجموع. الخطوط البنفسجية الفاتحة هي رياح الأثير، ويحدد المنزلق سرعتها. وإلى اليمين العينية: أهداب مضيئة ومعتمة. لو كان الأثير موجودًا لتأرجحت الأهداب أثناء دوران البلاطة. وتحت العينية رسم بياني: المنحنى البنفسجي هو الإزاحة وفق نظرية الأثير، والنقاط الذهبية هي ما يُرى. ويعرض المبدِّل «عالم فيه أثير / عالم 1887» الجوابين كليهما.
—
02 · التحويل
لم تكن للأثير وحدة، لذلك نحوّل السرعة التي بحثوا عنها. تنمو إزاحة الأهداب في مقياس التداخل مع β²، أي مربع نسبة السرعة إلى سرعة الضوء. سرعة الأرض في مدارها هي β = 10⁻⁴، وβ² = 10⁻⁸.
لا تُقاس اليوم أي سرعة «بالنسبة إلى الأثير». لا يوجد إلا الحركة بالنسبة إلى إشعاع الخلفية الكونية الميكروي: تعبره الشمس بسرعة 370 km/s، لكنها حركة ظاهرية، لا ريح وسط.
| {n} | {v} | {note} |
03 · مراتب العِظَم
04 · أدوات القياس
05 · قواعد الكتابة
06 · الوحدات المجاورة
رحل الفلوجستون بلا أثر، وترك الكالوريك السُّعرة. أما الأثير فترك أكثر من الجميع: كُتبت معادلات ماكسويل لأثير مرن، فعاشت بعده. وسرعة الضوء الثابتة التي ألغت الأثير صارت هي نفسها أساسًا للقياس: فبها يُعرَّف المتر.
07 · القسم التاريخي
تجربة 1887 نموذج لكيفية إجراء القياس في مواجهة الضجيج. طفت بلاطة الحجر الرملي على الزئبق كي تُدار بلا اهتزاز. وجرى الرصد في قبو، عند الظهر وفي المساء، بست عشرة قراءة في الدورة. توقّعوا 0,4 هدبة، وكان تشتت القراءات نحو 0,01.
أعطت النتيجة الصفرية حدًّا أعلى: سرعة الأرض عبر الأثير أقل من نحو 5—8 km/s. وبعد مئة عام صار ثبات سرعة الضوء جزءًا من تعريف المتر. فمنذ عام 1983 والمتر هو المسافة التي يقطعها الضوء في 1/299 792 458 من الثانية.
فهرس الكميات
الفهرس كله ←الوحدات الأساسية السبع في النظام الدولي
قطرة حمض تغيّر لون العصير، والملح يلوّن اللهب، والماء يتجمد بنقرة. وتحتها كل صفحات Simetrium بحسب المجال وبالترتيب الأبجدي.
افتح الفهرس ←