발광성 에테르
클리블랜드, 1887년 칠월. 마이컬슨과 몰리는 돌판을 수은 위에 띄우고 그 위에 거울을 세운 뒤 천천히 돌립니다. 지구는 30 km/s로 태양 둘레를 날아갑니다. 빛이 정지한 에테르 속의 파동이라면, 맞바람으로 부는 에테르가 접안렌즈 속 무늬를 0.4 무늬만큼 옮겨 놓아야 했습니다. 두 사람은 이동을 기다렸습니다. 이동은 없었습니다.
에테르가 고안된 것은 파동에는 매질이 필요하기 때문입니다. 소리는 공기를 타고, 물결은 물을 타고 간다 — 그러니 빛도 빈 공간을 채운 무언가를 타고 가야 한다는 것이었습니다. 에테르는 그토록 빠른 파동을 나르려면 강철보다 단단해야 했고, 동시에 행성의 운동은 방해하지 않아야 했습니다. 1887년의 실험은 지구가 어떻게 움직이든 빛이 모든 방향으로 똑같이 나아간다는 것을 보여 주었습니다. 1905년 아인슈타인이 이것을 법칙으로 삼았고, 에테르는 필요 없게 되었습니다.
| 기호 | aether · luminiferous aether · 기호 없음 |
| 어떻게 찾았나 | 에테르 속 지구의 속력 — 간섭무늬의 이동으로 |
| 무엇을 전제했나 | 정지한 매질 · 빛의 속력은 관측자의 운동에 따라 달라짐 |
| 도입과 폐기 | 하위헌스, 1690 · 프레넬, 1818 · 마이컬슨과 몰리, 1887 · 아인슈타인, 1905 |
| 오늘의 표기 | c = 299 792 458 m/s 정확히, 1983년부터 — 미터의 정의에 따라 |
| 대표 값 | 0.37 무늬 — 1887년의 기대 · 0.01 미만 — 관측 · 10⁻¹⁷ — 오늘날의 정밀도 |
01 · 정의
빛이 달리는 매질
빛이 에테르 속의 파동이라면, 빛에는 에테르에 대한 속력 c가 있습니다. 에테르 속을 날아가는 관측자에게 빛은 마주 올 때 더 빠르고, 뒤따라올 때 더 느리게 보여야 합니다. 지구는 30 km/s로 태양 둘레를 돕니다 — c의 만분의 일입니다. 바로 이 차이를 잡으려 한 것입니다.
이렇게 작은 보정은 직접 잴 수 없습니다. 마이컬슨은 빛의 두 경로를 비교했습니다: 바람을 따라가는 길과 바람을 가로지르는 길. 강을 오르내리며 왕복하는 수영 선수와 강을 가로질러 왕복하는 수영 선수처럼, 물살을 따라가는 쪽이 더 오래 걸립니다. 차이는 작은 비의 제곱, (v/c)² = 10⁻⁸입니다. 간섭이 그것을 눈에 보이게 합니다: 파장의 일부만큼만 어긋나도 밝은 무늬가 움직입니다.
누가 먼저 돌아올까
폭이 L인 강이 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르고, 연보라색 화살표가 물살입니다. 두 수영 선수는 같은 속력 c로 헤엄칩니다: 금색은 강을 따라 갔다 오고, 하늘색은 강을 가로질러 건너편 기슭까지 갔다 옵니다. 아래 막대는 두 사람이 걸린 시간입니다. 가로지르는 선수가 언제나 먼저 돌아옵니다. 마찬가지로 에테르 바람을 가로지르는 빛살은 바람을 따라가는 빛살보다 먼저 돌아와야 했습니다.
돌판을 돌리고 접안렌즈를 들여다보기
주요 동작은 하나, «돌판 돌리기» 버튼입니다. 돌판은 수은 위에 떠서 천천히 돕니다. 가운데에는 위에서 본 모습이 보입니다: 금색 램프, 팔 끝의 거울로 가는 하늘색 빛살, 각각 16번 반사, 전체 경로 11 m. 연보라색 짧은 선은 에테르 바람이고, 그 속력은 슬라이더로 정합니다. 오른쪽은 접안렌즈: 밝은 무늬와 어두운 무늬. 에테르가 있다면 돌판이 도는 동안 무늬가 흔들려야 합니다. 접안렌즈 아래 그래프에서 연보라색 곡선은 에테르 이론에 따른 이동, 금색 점은 실제로 보이는 것입니다. «에테르가 있는 세계 / 1887년의 세계» 전환 스위치로 두 답을 모두 볼 수 있습니다.
—
02 · 환산
에테르에는 단위가 없었으므로, 찾던 속력을 환산합니다. 간섭계의 무늬 이동은 β², 곧 빛의 속력에 대한 비의 제곱으로 커집니다. 궤도 위 지구의 속력은 β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸입니다.
오늘날 «에테르에 대한» 속력을 재는 일은 없습니다. 있는 것은 우주 마이크로파 배경 복사에 대한 운동뿐입니다: 태양은 그 속을 370 km/s로 움직이지만, 이것은 겉보기 운동이지 매질의 바람이 아닙니다.
| {n} | {v} | {note} |
03 · 크기의 차수
04 · 측정 기기
05 · 표기 규칙
06 · 이웃 단위
플로지스톤은 흔적 없이 사라졌고, 열소는 칼로리를 남겼습니다. 가장 많이 남긴 것은 에테르입니다: 맥스웰 방정식은 탄성 에테르를 위해 쓰였지만 에테르보다 오래 살아남았습니다. 그리고 에테르를 폐기한 빛의 속력의 불변성은 그 자체가 측정의 기초가 되었습니다: 미터는 그것으로 정의됩니다.
07 · 역사 부문
1887년의 실험은 잡음에 맞서 측정을 설계하는 본보기입니다. 사암 돌판은 흔들림 없이 돌릴 수 있도록 수은 위에 떠 있었습니다. 관측은 지하실에서, 정오와 저녁에, 한 바퀴에 열여섯 번 눈금을 읽어 이루어졌습니다. 기대한 값은 0.4 무늬, 읽은 값의 흩어짐은 0.01 정도였습니다.
영 결과는 상한을 주었습니다: 에테르에 대한 지구의 속력은 대략 5—8 km/s보다 작습니다. 백 년 뒤 빛의 속력의 불변성은 미터 정의의 일부가 되었습니다. 1983년부터 미터는 빛이 1/299 792 458초 동안 가는 거리입니다.
산 한 방울이 즙의 색을 바꾸고, 소금은 불꽃에 색을 입히고, 물은 한 번 두드리면 언다. 그 아래에 Simetrium의 모든 페이지가 분야별, 가나다순으로 있다.
색인 열기 →