Store bogstaver

Med lille begyndelsesbogstav: latin aether, græsk αἰθήρ — «den øvre luft». Symbol og enhed fandtes ikke: æteren var et medium, ikke et mål.

Forveksl ikke

Fysikerens lysæter er ikke kemikerens æter, diethylether (C₂H₅)₂O. Og heller ikke radioens «æter» — det er bare et ord for udsendelser.

På pladen — et interferometer set ovenfra på en stenplade. En lampe lyser på et halvgennemsigtigt spejl, strålen deles i to, de går til spejle på langs og på tværs og mødes i kikkerten. De lilla streger er ætervinden, som skulle have blæst mod Jorden. Pladen drejer en kvart omgang. I okularet til højre bevæger de lyse striber sig næsten ikke. Nederst går markeringen først til 0,37 — så meget ventede man — og tilbage til nul, hvor der faktisk blev målt.

Størrelsespas · forældet · medium for lys

Lysæteren

Forældet størrelse uden enhed · erstattet af lysets konstante hastighed

Cleveland, juli 1887. Michelson og Morley lægger en stenplade på et kviksølvbad, stiller spejle på den og drejer den langsomt. Jorden farer rundt om Solen med 30 km/s, og hvis lyset er en bølge i en stillestående æter, skulle modvinden fra æteren forskyde striberne i okularet 0,4 stribe. De ventede en forskydning. Den udeblev.

Æteren blev opfundet, fordi en bølge kræver et medium. Lyd går gennem luft, en bølge gennem vand — altså går lyset gennem noget, der fylder det tomme rum. Æteren måtte være hårdere end stål for at bære så hurtige bølger og alligevel ikke hindre planeterne. Forsøget i 1887 viste, at lyset bevæger sig ens i alle retninger, uanset hvordan Jorden farer. I 1905 gjorde Einstein det til en lov, og æteren blev overflødig.

Betegnelse	aether · luminiferous aether · uden symbol
Hvordan man søgte	Jordens hastighed gennem æteren — via forskydningen af interferensstriber
Hvad man antog	stillestående medium · lysets hastighed afhænger af iagttagerens bevægelse
Indført og opgivet	Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson og Morley, 1887 · Einstein, 1905
Nutidens skrivemåde	c = 299 792 458 m/s eksakt, siden 1983 — via definitionen af meteren
Typiske værdier	0,37 stribe — ventet i 1887 · under 0,01 — set · 10⁻¹⁷ — nøjagtighed i dag

Til omregningen Til interferometret

01 · Definition

Mediet, som lyset løber igennem

Hvis lyset er en bølge i æteren, har det en hastighed i forhold til æteren, c. En iagttager, der farer gennem æteren, burde se lyset hurtigere, når det kommer imod ham, og langsommere, når det indhenter ham. Jorden farer rundt om Solen med 30 km/s — en titusindedel af c. Det var den forskel, man prøvede at fange.

En sådan korrektion kan ikke måles direkte, den er for lille. Michelson sammenlignede to lysveje: langs vinden og på tværs. Som en svømmer, der svømmer frem og tilbage langs en flod og på tværs af den: langs strømmen tager det længere tid. Forskellen er kvadratet på et lille forhold, (v/c)² = 10⁻⁸. Interferensen gør den synlig: en forskydning på en brøkdel af en bølgelængde flytter de lyse striber.

c — lysets hastighed, m/s · v — hastighed i forhold til æteren · L — armlængde, m · λ — bølgelængde, m · ΔN — stribeforskydning · β = v/c · γ = 1/√(1−β²)

Interaktivt · to svømmere i en flod

Hvem kommer først tilbage

En flod med bredden L løber fra venstre mod højre, de lilla pile er strømmen. To svømmere svømmer lige hurtigt, c: den gyldne langs floden frem og tilbage, den lyseblå på tværs, over til den anden bred og tilbage. Bjælkerne nederst er deres rejsetider. Svømmeren på tværs når altid først frem. På samme måde burde strålen på tværs af ætervinden have overhalet strålen langs vinden.

gylden — langs, lyseblå — på tværsbjælker — rejsetid, i enheder af 2L/c

Strøm v / c

Langs

γ² = 1/(1−β²)

På tværs

γ = 1/√(1−β²)

Forskel

≈ β²/2 for små β

Interaktivt · Michelson og Morleys interferometer, 1887

Drej pladen og kig i okularet

Der er kun én hovedhandling — knappen «Drej pladen». Stenpladen flyder på kviksølv og drejer langsomt. I midten ses den ovenfra: den gyldne lampe, lyseblå stråler går til spejlene for enden af armene, 16 refleksioner hver, i alt 11 m lysvej. De lilla streger er ætervinden, dens hastighed indstilles med skyderen. Til højre okularet: lyse og mørke striber. Hvis æteren findes, skal striberne svinge, mens pladen drejer. Under okularet en graf: den lilla kurve er forskydningen ifølge æterteorien, de gyldne punkter det, man ser. Omskifteren «Verden med æter / Verden i 1887» viser begge svar.

til venstre: observationsjournal, stribeforskydning og pladens vinkeltil højre: okular og stribeforskydning efter drejevinkel

Hovedhandling

Ætervind v30 km/s

30 km/s er Jordens banehastighed. Forskydningen vokser med kvadratet på hastigheden: dobbelt så hurtigt — fire gange så meget.

Armlængde L11 m

I 1881 havde Michelson 1,2 m, og forskydningen druknede i støjen. I 1887 sendte spejlene lyset frem og tilbage 16 gange, det gav 11 m.

Ventet forskydning

—

—

Set forskydning

—

—

Pladens vinkel

—

—

Hastighed i æteren, højst

—

—

Graf · forskydning efter vinkel, efter hastighed og nøjagtighed gennem et århundrede

02 · Omregning

Andel af lysets hastighed β = v/c

Æteren havde ingen enhed, så vi omregner den hastighed, man søgte. Stribeforskydningen i interferometret vokser som β², kvadratet på andelen af lysets hastighed. Jordens banehastighed giver β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.

I dag måles ingen hastighed «i forhold til æteren». Der er kun bevægelse i forhold til den kosmiske baggrundsstråling: Solen farer gennem den med 370 km/s, men det er en observeret bevægelse, ikke vind i et medium.

03 · Størrelsesordener

Afvigelse i lysets hastighed Δc/c — hvad forsøgene søgte, fra 10⁻¹⁸ til 10⁻⁴

04 · Måleinstrumenter

interferometer

Stråledeler, to arme, to spejle. Strålerne mødes og giver striber, og en forskydning på en tiendedel stribe kan ses med det blotte øje. Samme princip bruges i detektorer for tyngdebølger, bare er armene dér 4 km lange.

stjernernes aberration

Bradley så i 1727, at stjernerne i løbet af et år beskriver små ellipser, 20,5 buesekunder. Kikkerten skal hældes i Jordens bevægelsesretning, som en paraply i regnvejr. Det er den første måling af β = 10⁻⁴.

Fizeaus vandforsøg

I 1851 sendte Fizeau lys med og mod strømmende vand. Lyset blev ikke trukket helt med af strømmen, men med faktoren 1 − 1/n². Fresnel forklarede det med, at æteren delvis blev trukket med. Relativitetsteorien får samme tal ud af additionen af hastigheder.

optisk resonator

Nutidens Michelson-forsøg: to krystalresonatorer i ret vinkel på et drejebord, med lasere låst til deres frekvenser. Frekvenserne glider ikke fra hinanden ned til 10⁻¹⁷ — hundrede millioner gange mere nøjagtigt end i 1887.

05 · Skriveregler

Rigtigt

c = 299 792 458 m/s — eksakt, uden usikkerhed

«lysæter» — historisk term, i en kontekst fra det nittende århundrede

ΔN = 0,37 — Michelson og Morleys ventede stribeforskydning

β = v/c, γ = 1/√(1−β²)

Forkert

«hastighed i forhold til æteren» — i en nutidig tekst

c ≈ 3·10⁸ m/s ± … — c har ingen usikkerhed siden 1983

«forsøget slog fejl» — det gav et klart nulresultat

forveksle lysæteren med kemisk æter

06 · Naboenheder

Flogiston forsvandt sporløst, varmestoffet efterlod kalorien. Æteren efterlod mest: Maxwells ligninger blev skrevet for en elastisk æter, og de overlevede den. Og lysets konstante hastighed, som afskaffede æteren, blev selv et grundlag for måling: gennem den er meteren defineret.

07 · Historisk afsnit

stenplade

Metrologisk note

Forsøget i 1887 er et skoleeksempel på, hvordan man stiller en måling op mod støj. Sandstenspladen flød på kviksølv, så den kunne drejes uden stød. Man observerede i en kælder, ved middagstid og om aftenen, seksten aflæsninger pr. omgang. Man ventede 0,4 stribe; aflæsningernes spredning var omkring 0,01.

Nulresultatet gav en øvre grænse: Jordens hastighed gennem æteren er mindre end omkring 5—8 km/s. Hundrede år senere blev lyshastighedens konstans en del af definitionen af meteren. Siden 1983 er meteren den strækning, lyset tilbagelægger på 1/299 792 458 sekund.

striber i okularet

Katalog over størrelser

hele registret →

grundlaget · 7 enheder

SI-systemets syv grundenheder

Mol

Laboratoriet ved indgangen til registret

En dråbe syre ændrer saftens farve, salt farver flammen, vand fryser ved et bank. Under dem alle Simetriums ark, efter fagområde og alfabetisk.

Åbn registret →

08 · Dit sprog

hvert link fører til en rigtig sprogside

Læs på dit eget sprog

oversat og korrekturlæstråoversættelsei kø