Kirjainkoko

Pienellä kirjoitettu latinan aether, kreikaksi αἰθήρ — «yläilma». Tunnusta ja yksikköä ei ollut: eetteri oli väliaine, ei mittasuure.

Älä sekoita

Fysiikan valoeetteri ei ole kemistin eetteri, dietyylieetteri (C₂H₅)₂O. Eikä myöskään radion «eetteri» — se on vain sana lähetystoiminnalle.

Laatassa on interferometri ylhäältä nähtynä kivilaatan päällä. Lamppu valaisee puoliläpäisevää peiliä, säde jakautuu kahtia, ja säteet kulkevat pitkittäin ja poikittain oleviin peileihin ja yhtyvät jälleen kaukoputkessa. Liilat juovat ovat eetterituuli, jonka piti puhaltaa Maata vastaan. Laatta kääntyy neljänneskierroksen. Oikealla okulaarissa vaaleat juovat tuskin liikkuvat. Alhaalla merkki siirtyy ensin kohtaan 0,37 — sen verran odotettiin — ja palaa nollaan, mihin mittaus todella osui.

Suureen passi · vanhentunut · valon väliaine

Valoeetteri

Vanhentunut suure ilman yksikköä · korvattu valon vakionopeudella

Cleveland, heinäkuu 1887. Michelson ja Morley laskevat kivilaatan elohopea-altaaseen, asettavat sille peilit ja kääntävät sitä hitaasti. Maa kiertää Aurinkoa nopeudella 30 km/s, ja jos valo on aaltoa liikkumattomassa eetterissä, vastaan puhaltavan eetterituulen pitäisi siirtää okulaarin juovia 0,4 juovan verran. He odottivat siirtymää. Sitä ei tullut.

Eetteri keksittiin, koska aalto tarvitsee väliaineen. Ääni kulkee ilmassa, aalto vedessä — siis valonkin täytyy kulkea jossakin, mikä täyttää tyhjyyden. Eetterin piti olla terästä jäykempää kantaakseen niin nopeita aaltoja, eikä se silti saanut haitata planeettojen liikettä. Vuoden 1887 koe osoitti, että valo etenee kaikkiin suuntiin samalla nopeudella, liikkuipa Maa miten tahansa. Vuonna 1905 Einstein teki tästä lain, eikä eetteriä enää tarvittu.

Merkintä	aether · luminiferous aether · ei tunnusta
Miten etsittiin	Maan nopeutta eetterin läpi — interferenssijuovien siirtymän avulla
Mitä oletettiin	liikkumaton väliaine · valon nopeus riippuu havaitsijan liikkeestä
Käyttöönotto ja hylkäys	Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson ja Morley, 1887 · Einstein, 1905
Nykyinen merkintä	c = 299 792 458 m/s tarkalleen, vuodesta 1983 — metrin määritelmän mukaan
Tyypillisiä arvoja	0,37 juovaa — odotettiin 1887 · alle 0,01 — havaittiin · 10⁻¹⁷ — tarkkuus nykyään

Muunnoksiin Interferometriin

01 · Määritelmä

Väliaine, jossa valo kulkee

Jos valo on aaltoa eetterissä, sillä on nopeus eetterin suhteen, c. Eetterin läpi lentävän havaitsijan pitäisi nähdä valon kulkevan nopeammin vastaan ja hitaammin samaan suuntaan. Maa kiertää Aurinkoa nopeudella 30 km/s — kymmenestuhannesosa c:stä. Juuri tätä eroa yritettiin saada kiinni.

Tällaista korjausta ei voi mitata suoraan, se on liian pieni. Michelson vertasi kahta valon reittiä: tuulen suuntaista ja poikittaista. Kuin uimari, joka ui joessa edestakaisin virran suuntaan ja joen poikki: virran suuntaan matka kestää kauemmin. Ero on pienen suhteen neliö, (v/c)² = 10⁻⁸. Interferenssi tekee sen näkyväksi: aallonpituuden murto-osan siirtymä siirtää vaaleita juovia.

c — valon nopeus, m/s · v — nopeus eetterin suhteen · L — varren pituus, m · λ — aallonpituus, m · ΔN — juovasiirtymä · β = v/c · γ = 1/√(1−β²)

Interaktiivinen · kaksi uimaria joessa

Kumpi palaa ensin

L:n levyinen joki virtaa vasemmalta oikealle, liilat nuolet ovat virta. Kaksi uimaria ui samalla nopeudella c: kultainen joen suuntaan edestakaisin, sininen poikki vastarannalle ja takaisin. Alhaalla olevat palkit ovat heidän matka-aikansa. Poikittain uiva ehtii aina ensin. Samoin eetterituulen poikki kulkevan säteen piti ehtiä ennen tuulen suuntaista sädettä.

kultainen — pitkittäin, sininen — poikittainpalkit — matka-aika, yksikkönä 2L/c

Virta v / c

Pitkittäin

γ² = 1/(1−β²)

Poikittain

γ = 1/√(1−β²)

Ero

≈ β²/2, kun β on pieni

Interaktiivinen · Michelsonin ja Morleyn interferometri, 1887

Käännä laattaa ja katso okulaariin

Päätoiminto on vain yksi — painike «Käännä laatta». Kivilaatta kelluu elohopeassa ja kääntyy hitaasti. Keskellä se näkyy ylhäältä: kultainen lamppu, siniset säteet kulkevat varsien päiden peileihin, 16 heijastusta kummassakin varressa, yhteensä 11 m matkaa. Liilat viivat ovat eetterituuli, jonka nopeuden liukusäädin asettaa. Oikealla okulaari: vaaleat ja tummat juovat. Jos eetteri on olemassa, juovien pitäisi heilua laatan kääntyessä. Okulaarin alla on kuvaaja: liila käyrä on eetteriteorian mukainen siirtymä, kultaiset pisteet se, mitä näkyy. Valitsin «Eetterin maailma / Vuoden 1887 maailma» näyttää molemmat vastaukset.

vasemmalla: havaintopäiväkirja, juovasiirtymä ja laatan kulmaoikealla: okulaari ja juovasiirtymä kääntökulman mukaan

Päätoiminto

Eetterituuli v30 km/s

30 km/s — Maan ratanopeus. Siirtymä kasvaa nopeuden neliönä: kaksinkertainen nopeus — nelinkertainen siirtymä.

Varren pituus L11 m

Vuonna 1881 Michelsonilla oli 1,2 m, ja siirtymä hukkui kohinaan. Vuonna 1887 peilit kuljettivat valoa edestakaisin 16 kertaa, ja matkaa kertyi 11 m.

Odotettu siirtymä

—

—

Havaittu siirtymä

—

—

Laatan kulma

—

—

Nopeus eetterissä enintään

—

—

Kuvaaja · siirtymä kulman ja nopeuden mukaan sekä tarkkuus vuosisadan aikana

02 · Muunnos

Osuus valon nopeudesta β = v/c

Eetterillä ei ollut yksikköä, joten muunnetaan nopeus, jota etsittiin. Interferometrin juovasiirtymä kasvaa kuten β², valon nopeuden osuuden neliö. Maan ratanopeus on β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.

Nykyään mitään nopeutta ei mitata «eetterin suhteen». On vain liike kosmisen taustasäteilyn suhteen: Aurinko kulkee sen läpi nopeudella 370 km/s, mutta se on havaittua liikettä eikä väliaineen tuulta.

03 · Suuruusluokat

Valon nopeuden poikkeama Δc/c — mitä kokeet tavoittelivat, 10⁻¹⁸—10⁻⁴

04 · Mittalaitteet

interferometri

Säteenjakaja, kaksi vartta, kaksi peiliä. Säteet yhtyvät ja muodostavat juovia, ja kymmenyksen juovan siirtymä näkyy paljaalla silmällä. Sama periaate toimii gravitaatioaaltojen ilmaisimissa, mutta niissä varret ovat 4 km pitkiä.

tähtien aberraatio

Bradley havaitsi vuonna 1727, että tähdet piirtävät vuoden aikana pieniä ellipsejä, 20,5 kaarisekuntia. Kaukoputkea on kallistettava Maan kulkusuuntaan kuin sateenvarjoa sateessa. Se on ensimmäinen mittaus β = 10⁻⁴.

Fizeaun vesikoe

Vuonna 1851 Fizeau lähetti valoa virtaavaan veteen myötä- ja vastavirtaan. Virta kuljetti valoa mukanaan vain osittain, kertoimella 1 − 1/n². Fresnel selitti tämän sillä, että eetteri kulkeutuu osittain mukana. Suhteellisuusteoria johtaa saman luvun nopeuksien yhteenlaskusta.

optinen resonaattori

Nykyinen Michelsonin koe: kaksi kideresonaattoria suorassa kulmassa pyörivällä pöydällä, laserit lukittuina niiden taajuuksiin. Taajuudet pysyvät yhdessä 10⁻¹⁷:n tarkkuudella — sata miljoonaa kertaa tarkemmin kuin 1887.

05 · Kirjoitussäännöt

Oikein

c = 299 792 458 m/s — tarkka, ilman epävarmuutta

«valoeetteri» — historiallinen termi, kun puhutaan yhdeksännentoista vuosisadan fysiikasta

ΔN = 0,37 — Michelsonin ja Morleyn odottama juovasiirtymä

β = v/c, γ = 1/√(1−β²)

Väärin

«nopeus eetterin suhteen» — nykyaikaisessa tekstissä

c ≈ 3·10⁸ m/s ± … — c:llä ei ole epävarmuutta vuodesta 1983

«koe epäonnistui» — se antoi selvän nollatuloksen

valoeetterin sekoittaminen kemialliseen eetteriin

06 · Naapuriyksiköt

Flogiston katosi jäljettömiin, lämpöaine jätti jälkeensä kalorin. Eetteri jätti eniten: Maxwellin yhtälöt kirjoitettiin kimmoisalle eetterille, ja ne elivät sitä kauemmin. Ja valon vakionopeus, joka kumosi eetterin, tuli itse mittaamisen perustaksi: metri määritellään sen avulla.

07 · Historiallinen osa

kivilaatta

Metrologinen huomautus

Vuoden 1887 koe on esimerkki siitä, miten mittaus asetetaan kohinaa vastaan. Hiekkakivilaatta kellui elohopeassa, jotta sitä voi kääntää ilman tärähdyksiä. Havainnot tehtiin kellarissa, keskipäivällä ja illalla, kuusitoista lukemaa kierrosta kohti. Odotettiin 0,4 juovaa, lukemien hajonta oli noin 0,01.

Nollatulos antoi ylärajan: Maan nopeus eetterin läpi on alle noin 5—8 km/s. Sata vuotta myöhemmin valon nopeuden vakioisuudesta tuli osa metrin määritelmää. Vuodesta 1983 metri on matka, jonka valo kulkee 1/299 792 458 sekunnissa.

juovat okulaarissa

Suureluettelo

koko hakemisto →

perusta · 7 yksikköä

SI-järjestelmän seitsemän perusyksikköä

Hakemisto · kaikki suureet yhdellä sivulla

Laboratorio hakemiston sisäänkäynnillä

Happotippa muuttaa mehun värin, suola värjää liekin, vesi jäätyy koputuksesta. Niiden alla kaikki Simetriumin lehdet aloittain ja aakkosittain.

Avaa hakemisto →

08 · Sinun kielesi

jokainen linkki vie oikealle kielisivulle

Lue omalla kielelläsi

käännetty ja oikoluetturaakakäännösjonossa