Kis- és nagybetű

Kisbetűs latin aether, görögül αἰθήρ — «a felső levegő». Jele és mértékegysége nem volt: az éter közeg volt, nem mérték.

Nem összetévesztendő

A fizika fényétere nem a vegyész étere, a dietil-éter (C₂H₅)₂O. És nem is a rádiózás «étere» — az csak egy szó a műsorszórásra.

A táblán egy interferométer felülnézetben, kőlapon. A lámpa egy félig áteresztő tükörre világít, a nyaláb kettéválik, a két sugár a hossz- és a keresztirányú tükrökhöz fut, majd a távcsőben újra találkozik. A lila vonalak az éterszél, amelynek a Földdel szemben kellett volna fújnia. A lap negyed fordulatot tesz. A jobb oldali okulárban a világos csíkok szinte meg sem mozdulnak. Lent a jelző előbb 0,37-ig fut — ennyit vártak —, majd visszatér a nullára, ahol a mérés is mutatta.

A mennyiség útlevele · elavult · a fény közege

Fényéter

Elavult, mértékegység nélküli mennyiség · helyét az állandó fénysebesség vette át

Cleveland, 1887 júliusa. Michelson és Morley egy kőlapot higanyfürdőre helyez, tükröket állítanak rá, és lassan forgatják. A Föld 30 km/s-mal kering a Nap körül, és ha a fény hullám a nyugvó éterben, a szembefújó éterszélnek 0,4 csíknyival kell eltolnia a csíkokat az okulárban. Várták az eltolódást. Nem jött.

Az étert azért találták ki, mert a hullámnak közeg kell. A hang a levegőben terjed, a hullám a vízben — tehát a fény is valamiben terjed, ami kitölti az ürességet. Az éternek keményebbnek kellett lennie az acélnál, hogy ilyen gyors hullámokat vigyen, közben pedig nem akadályozhatta a bolygókat. Az 1887-es kísérlet megmutatta: a fény minden irányban ugyanúgy terjed, akárhogy mozog is a Föld. 1905-ben Einstein ezt törvénnyé tette, és az éterre nem volt többé szükség.

Jelölés	aether · luminiferous aether · jel nélkül
Hogyan keresték	a Föld éterhez viszonyított sebessége alapján — az interferenciacsíkok eltolódásából
Mit feltételeztek	nyugvó közeg · a fénysebesség a megfigyelő mozgásától függ
Bevezetés és elvetés	Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson és Morley, 1887 · Einstein, 1905
Mai írásmód	c = 299 792 458 m/s pontosan, 1983 óta — a méter definíciója szerint
Jellemző értékek	0,37 csík — ennyit vártak 1887-ben · 0,01 alatt — ennyit láttak · 10⁻¹⁷ — a mai pontosság

Az átváltáshoz Az interferométerhez

01 · Meghatározás

A közeg, amelyben a fény fut

Ha a fény hullám az éterben, akkor van egy éterhez viszonyított sebessége, c. Az éteren át repülő megfigyelőnek szemből gyorsabbnak, utolérve lassabbnak kellene látnia a fényt. A Föld 30 km/s-mal kering a Nap körül — ez c tízezred része. Ezt a különbséget próbálták elcsípni.

Ilyen kis korrekciót közvetlenül nem lehet megmérni. Michelson a fény két útját hasonlította össze: a széllel párhuzamosat és a rá merőlegeset. Mint az úszó, aki a folyón le-föl, illetve keresztben úszik oda-vissza: az áramlás mentén tovább tart. A különbség egy kis arány négyzete, (v/c)² = 10⁻⁸. Az interferencia teszi láthatóvá: a hullámhossz törtrészével való eltolódás elmozdítja a világos csíkokat.

c — fénysebesség, m/s · v — sebesség az éterhez képest · L — a kar hossza, m · λ — hullámhossz, m · ΔN — csíkeltolódás · β = v/c · γ = 1/√(1−β²)

Interaktív · két úszó a folyón

Ki ér vissza előbb

Egy L szélességű folyó folyik balról jobbra, a lila nyilak az áramlást jelzik. Két úszó ugyanakkora c sebességgel úszik: az arany a folyó mentén oda és vissza, a kék keresztben, a túlpartig és vissza. Lent a sávok a menetidejüket mutatják. A keresztben úszó mindig hamarabb ér vissza. Így kellett volna az éterszélre merőleges sugárnak is megelőznie a széllel párhuzamosat.

arany — hosszában, kék — keresztbensávok — menetidő, 2L/c egységben

Áramlás v / c

Hosszában

γ² = 1/(1−β²)

Keresztben

γ = 1/√(1−β²)

Különbség

≈ β²/2 kis β esetén

Interaktív · Michelson és Morley interferométere, 1887

Forgassa el a lapot, és nézzen az okulárba

Egyetlen fő művelet van — a «Lap forgatása» gomb. A kőlap higanyon úszik, és lassan elfordul. Középen felülről látszik: arany lámpa, kék sugarak futnak a karok végén álló tükrökhöz, 16 visszaverődés, összesen 11 m út. A lila vonások az éterszél, a sebességét a csúszka állítja. Jobbra az okulár: világos és sötét csíkok. Ha van éter, a csíkoknak ingadozniuk kell, amíg a lap forog. Az okulár alatt grafikon: a lila görbe az éterelmélet szerinti eltolódás, az arany pontok — amit látni. A «Világ éterrel / Az 1887-es világ» kapcsoló mindkét választ megmutatja.

balra: megfigyelési napló, csíkeltolódás és a lap szögejobbra: okulár és a csíkeltolódás az elfordulási szög szerint

Fő művelet

Éterszél v30 km/s

30 km/s — a Föld pályasebessége. Az eltolódás a sebesség négyzetével nő: kétszer gyorsabban — négyszer nagyobb.

A kar hossza L11 m

1881-ben Michelson karja 1,2 m-es volt, és az eltolódás elveszett a zajban. 1887-ben a tükrök 16-szor küldték oda-vissza a fényt, így 11 m lett belőle.

Várt eltolódás

—

—

Látott eltolódás

—

—

A lap szöge

—

—

Sebesség az éterben, legfeljebb

—

—

Grafikon · eltolódás a szög és a sebesség szerint, pontosság egy évszázad alatt

02 · Átszámítás

A fénysebesség hányada β = v/c

Az éternek nem volt mértékegysége, ezért a keresett sebességet számítjuk át. Az interferométer csíkeltolódása β²-tel, a fénysebesség-hányad négyzetével nő. A Föld pályasebességére β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.

Ma egyetlen sebességet sem mérnek «az éterhez képest». Csak a kozmikus háttérsugárzáshoz viszonyított mozgás létezik: a Nap 370 km/s-mal halad rajta keresztül, de ez látszólagos mozgás, nem egy közeg szele.

03 · Nagyságrendek

A fénysebesség eltérése Δc/c — amit a kísérletek kerestek, 10⁻¹⁸-tól 10⁻⁴-ig

04 · Mérőeszközök

interferométer

Nyalábosztó, két kar, két tükör. A sugarak újra találkoznak és csíkokat adnak, és egy tized csíknyi eltolódás szabad szemmel is látszik. Ugyanez az elv működik a gravitációshullám-detektorokban, csak ott a karok egyenként 4 km hosszúak.

csillagaberráció

Bradley 1727-ben észrevette, hogy a csillagok egy év alatt kis ellipsziseket írnak le, 20,5 ívmásodperc nagyságúakat. A távcsövet a Föld mozgásának irányába kell dönteni, mint az esernyőt esőben. Ez β = 10⁻⁴ első mérése.

Fizeau vizes kísérlete

1851-ben Fizeau az áramló vízben az áramlással egy irányban és vele szemben is fényt küldött. Az áramlás nem teljesen ragadta magával a fényt, hanem 1 − 1/n² szorzóval. Fresnel ezt az éter részleges magával ragadásával magyarázta. A relativitáselmélet ugyanezt a számot a sebességek összeadásából vezeti le.

optikai rezonátor

A mai Michelson-kísérlet: két kristályrezonátor derékszögben egy forgóasztalon, a lézerek a frekvenciáikhoz kötve. A frekvenciák 10⁻¹⁷-ig sem térnek el — százmilliószor pontosabban, mint 1887-ben.

05 · Írásszabályok

Helyes

c = 299 792 458 m/s — pontosan, bizonytalanság nélkül

«fényéter» — történeti szakszó, XIX. századi összefüggésben

ΔN = 0,37 — a Michelson és Morley által várt csíkeltolódás

β = v/c, γ = 1/√(1−β²)

Helytelen

«az éterhez viszonyított sebesség» — mai szövegben

c ≈ 3·10⁸ m/s ± … — c-nek 1983 óta nincs bizonytalansága

«a kísérlet kudarcot vallott» — egyértelmű nulleredményt adott

a fényétert összekeverni a kémiai éterrel

06 · Szomszédos egységek

A flogiszton nyomtalanul eltűnt, a hőanyag a kalóriát hagyta hátra. Az éter hagyott a legtöbbet: a Maxwell-egyenleteket rugalmas éterre írták, és túlélték azt. A fénysebesség állandósága pedig, amely az étert eltörölte, maga lett a mérés alapja: rajta keresztül definiálják a métert.

07 · Történeti rész

kőlap

Mérésügyi jegyzet

Az 1887-es kísérlet iskolapéldája annak, hogyan kell a mérést a zaj ellenében felépíteni. A homokkőlap higanyon úszott, hogy rázkódás nélkül lehessen forgatni. Pincében figyeltek, délben és este, fordulatonként tizenhat leolvasással. 0,4 csíkot vártak, a leolvasások szórása kb. 0,01 volt.

A nulleredmény felső korlátot adott: a Föld éterhez viszonyított sebessége nagyjából 5—8 km/s-nál kisebb. Száz évvel később a fénysebesség állandósága a méter definíciójának része lett. 1983 óta a méter az az út, amelyet a fény 1/299 792 458 másodperc alatt megtesz.

csíkok az okulárban

Mennyiségek katalógusa

a teljes mutató →

az alap · 7 egység

Az SI hét alapegysége

Mutató · minden mennyiség egy oldalon

A labor a mutató bejáratánál

Egy csepp sav megváltoztatja a lé színét, a só megfesti a lángot, a víz egy koppintásra megfagy. Alattuk a Simetrium összes lapja, szakterület és ábécé szerint.

A mutató megnyitása →

08 · Az Ön nyelve

minden hivatkozás valódi nyelvi oldalra vezet

Olvassa a saját nyelvén

lefordítva és átnézvenyers fordítássorban áll