Velikost písmen

Latinské aether s malým písmenem, řecky αἰθήρ — «horní vzduch». Značka ani jednotka neexistovaly: éter byl prostředím, ne mírou.

Nezaměňovat

Světlonosný éter fyziků není éter chemiků, diethylether (C₂H₅)₂O. A není to ani «éter» rozhlasu — to je jen slovo pro vysílání.

Na dlaždici je shora vidět interferometr na kamenné desce. Lampa svítí na polopropustné zrcadlo, paprsek se dělí na dva, ty míří k zrcadlům podél a napříč a scházejí se v dalekohledu. Fialové pruhy jsou éterový vítr, který měl vát proti Zemi. Deska se otočí o čtvrt otáčky. V okuláru vpravo se světlé proužky téměř nehýbou. Dole značka nejprve vyjede k 0,37 — tolik se čekalo — a vrátí se k nule, kde se také naměřilo.

Průkaz veličiny · zastaralá · prostředí pro světlo

Světlonosný éter

Zastaralá veličina bez jednotky · nahrazena konstantní rychlostí světla

Cleveland, červenec 1887. Michelson a Morley pokládají kamennou desku na rtuťové lůžko, staví na ni zrcadla a pomalu ji otáčejí. Země letí kolem Slunce rychlostí 30 km/s, a je-li světlo vlnou v nehybném éteru, protivítr éteru by měl posunout proužky v okuláru o 0,4 proužku. Čekali posun. Žádný nebyl.

Éter si vymysleli, protože vlna potřebuje prostředí. Zvuk se šíří vzduchem, vlna vodou — tedy i světlo se musí šířit něčím, co vyplňuje prázdnotu. Éter měl být tužší než ocel, aby nesl tak rychlé vlny, a přitom nebránit planetám v pohybu. Pokus z roku 1887 ukázal, že světlo se šíří do všech stran stejně, ať Země letí jakkoli. Roku 1905 z toho Einstein udělal zákon a éter přestal být potřeba.

Označení	aether · luminiferous aether · bez značky
Jak se hledal	podle rychlosti Země vůči éteru — podle posunu interferenčních proužků
Co se předpokládalo	nehybné prostředí · rychlost světla závisí na pohybu pozorovatele
Zavedení a opuštění	Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson a Morley, 1887 · Einstein, 1905
Dnešní zápis	c = 299 792 458 m/s přesně, od roku 1983 — z definice metru
Typické hodnoty	0,37 proužku — čekáno v roce 1887 · méně než 0,01 — pozorováno · 10⁻¹⁷ — přesnost dnes

K převodu K interferometru

01 · Definice

Prostředí, kterým běží světlo

Je-li světlo vlnou v éteru, má vůči éteru rychlost c. Pozorovatel letící éterem by měl vidět světlo rychlejší, když mu jde naproti, a pomalejší, když letí stejným směrem jako on. Země letí kolem Slunce rychlostí 30 km/s — desetitisícina c. Právě tento rozdíl se snažili zachytit.

Přímo takovou opravu změřit nelze, je příliš malá. Michelson porovnal dvě dráhy světla: po větru a napříč. Jako plavec, který v řece plave tam a zpět podél proudu a napříč: podél proudu to trvá déle. Rozdíl je druhou mocninou malého poměru, (v/c)² = 10⁻⁸. Interference ho zviditelní: posun o zlomek vlnové délky posune světlé proužky.

c — rychlost světla, m/s · v — rychlost vůči éteru · L — délka ramene, m · λ — vlnová délka, m · ΔN — posun proužků · β = v/c · γ = 1/√(1−β²)

Interaktivně · dva plavci v řece

Kdo se vrátí první

Řeka široká L teče zleva doprava, fialové šipky jsou proud. Dva plavci plavou stejnou rychlostí c: zlatý podél řeky tam a zpět, modrý napříč k druhému břehu a zpět. Pruhy dole jsou jejich doba cesty. Plavec napříč je vždy zpátky dřív. Stejně tak měl paprsek napříč éterovým větrem předběhnout paprsek po větru.

zlatý — podél, modrý — napříčpruhy — doba cesty, v jednotkách 2L/c

Proud v / c

Podél

γ² = 1/(1−β²)

Napříč

γ = 1/√(1−β²)

Rozdíl

≈ β²/2 pro malá β

Interaktivně · interferometr Michelsona a Morleyho, 1887

Otočit desku a dívat se do okuláru

Hlavní akce je jediná — tlačítko «Otočit desku». Kamenná deska plave na rtuti a pomalu se otáčí. Uprostřed je vidět shora: zlatá lampa, modré paprsky míří k zrcadlům na koncích ramen, po 16 odrazech, celkem 11 m dráhy. Fialové čárky jsou éterový vítr, jeho rychlost nastavuje posuvník. Vpravo okulár: světlé a tmavé proužky. Pokud éter existuje, proužky by se měly kývat, zatímco se deska otáčí. Pod okulárem graf: fialová křivka je posun podle teorie éteru, zlaté body to, co je vidět. Přepínač «Svět s éterem / Svět roku 1887» ukazuje obě odpovědi.

vlevo: deník pozorování, posun proužků a úhel deskyvpravo: okulár a posun proužků podle úhlu otočení

Hlavní akce

Éterový vítr v30 km/s

30 km/s — oběžná rychlost Země. Posun roste s druhou mocninou rychlosti: dvakrát rychleji — čtyřikrát víc.

Délka ramene L11 m

V roce 1881 měl Michelson 1,2 m a posun zanikl v šumu. V roce 1887 zrcadla prohnala světlo 16krát a vyšlo 11 m.

Očekávaný posun

—

—

Pozorovaný posun

—

—

Úhel desky

—

—

Rychlost v éteru nejvýše

—

—

Graf · posun podle úhlu, podle rychlosti a přesnost za století

02 · Převod

Podíl rychlosti světla β = v/c

Éter neměl jednotku, a tak přepočítáváme rychlost, kterou hledali. Posun proužků v interferometru roste jako β², druhá mocnina podílu rychlosti světla. Oběžná rychlost Země je β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.

Dnes se žádná rychlost neměří «vůči éteru». Existuje jen pohyb vůči reliktnímu záření: Slunce jím letí rychlostí 370 km/s, ale to je pozorovaný pohyb, ne vítr prostředí.

03 · Řády veličin

Odchylka rychlosti světla Δc/c — co pokusy hledaly, od 10⁻¹⁸ do 10⁻⁴

04 · Měřicí přístroje

interferometr

Dělič svazku, dvě ramena, dvě zrcadla. Paprsky se sbíhají a dávají proužky, a posun o desetinu proužku je vidět okem. Stejný princip pracuje v detektorech gravitačních vln, jen ramena tam mají 4 km.

aberace hvězd

Bradley roku 1727 zjistil, že hvězdy opisují během roku malé elipsy, 20,5 úhlové vteřiny. Dalekohled je třeba naklánět ve směru pohybu Země jako deštník v dešti. Je to první měření β = 10⁻⁴.

Fizeauův pokus s vodou

Roku 1851 pustil Fizeau světlo po proudu a proti proudu tekoucí vody. Proud strhával světlo jen částečně, s koeficientem 1 − 1/n². Fresnel to vysvětloval částečným strháváním éteru. Teorie relativity odvozuje totéž číslo ze skládání rychlostí.

optický rezonátor

Dnešní Michelsonův pokus: dva krystalové rezonátory v pravém úhlu na otočném stole, lasery zavěšené na jejich frekvence. Frekvence se nerozcházejí ani na úrovni 10⁻¹⁷ — stomilionkrát přesněji než v roce 1887.

05 · Pravidla zápisu

Správně

c = 299 792 458 m/s — přesně, bez nejistoty

«světlonosný éter» — historický termín, v kontextu XIX. století

ΔN = 0,37 — očekávaný posun proužků u Michelsona a Morleyho

β = v/c, γ = 1/√(1−β²)

Chybně

«rychlost vůči éteru» — v moderním textu

c ≈ 3·10⁸ m/s ± … — c nemá od roku 1983 nejistotu

«pokus selhal» — dal jasný nulový výsledek

plést si světlonosný éter s chemickým éterem

06 · Sousední jednotky

Flogiston zmizel beze stopy, tepelná látka zanechala kalorii. Éter zanechal nejvíc: Maxwellovy rovnice se psaly pro pružný éter a přežily ho. A konstantní rychlost světla, která éter zrušila, se sama stala základem míry: je přes ni definován metr.

07 · Historický oddíl

kamenná deska

Metrologická poznámka

Pokus z roku 1887 je vzorem, jak postavit měření proti šumu. Pískovcová deska plavala na rtuti, aby se dala otáčet bez otřesů. Pozorovalo se ve sklepě, v poledne a večer, šestnáct odečtů za otáčku. Čekalo se 0,4 proužku, rozptyl odečtů byl asi 0,01.

Nulový výsledek dal horní mez: rychlost Země vůči éteru je menší než zhruba 5—8 km/s. O sto let později se stálost rychlosti světla stala součástí definice metru. Od roku 1983 je metr dráha, kterou světlo urazí za 1/299 792 458 sekundy.

proužky v okuláru

Katalog veličin

celý rejstřík →

základ · 7 jednotek

Sedm základních jednotek SI

Mol

Rejstřík · všechny veličiny na jedné stránce

Laboratoř u vstupu do rejstříku

Kapka kyseliny změní barvu šťávy, sůl obarví plamen, voda zamrzne po klepnutí. Pod nimi všechny listy Simetria podle oborů a abecedně.

Otevřít rejstřík →

08 · Váš jazyk

každý odkaz vede na skutečnou jazykovou stránku

Čtěte ve svém jazyce

přeloženo a zkontrolovánohrubý překladve frontě