Lichtether
Cleveland, juli 1887. Michelson en Morley leggen een stenen plaat op een kwikbad, zetten er spiegels op en draaien hem langzaam rond. De aarde vliegt met 30 km/s om de zon, en als licht een golf is in een stilstaande ether, moet de tegenwind van de ether de strepen in het oculair 0,4 streep verschuiven. Ze verwachtten een verschuiving. Die kwam er niet.
De ether werd bedacht omdat een golf een medium nodig heeft. Geluid gaat door lucht, een golf door water — dus gaat licht door iets dat de lege ruimte vult. De ether moest harder zijn dan staal om zulke snelle golven te dragen, en tegelijk de planeten niet hinderen. Het experiment van 1887 liet zien dat licht in alle richtingen even snel gaat, hoe de aarde ook beweegt. In 1905 maakte Einstein daar een wet van, en was de ether overbodig.
| Aanduiding | aether · luminiferous aether · zonder symbool |
| Hoe men zocht | naar de snelheid van de aarde door de ether — via de verschuiving van interferentiestrepen |
| Wat werd aangenomen | stilstaand medium · de lichtsnelheid hangt af van de beweging van de waarnemer |
| Invoering en afschaffing | Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson en Morley, 1887 · Einstein, 1905 |
| Huidige schrijfwijze | c = 299 792 458 m/s exact, sinds 1983 — via de definitie van de meter |
| Typische waarden | 0,37 streep — verwacht in 1887 · minder dan 0,01 — gezien · 10⁻¹⁷ — nauwkeurigheid nu |
01 · Definitie
Het medium waardoor licht loopt
Als licht een golf in de ether is, heeft het een snelheid ten opzichte van de ether, c. Een waarnemer die door de ether vliegt, zou licht sneller moeten zien als het hem tegemoetkomt en langzamer als het hem achternazit. De aarde vliegt met 30 km/s om de zon — een tienduizendste van c. Dat verschil probeerde men te vangen.
Zo'n correctie rechtstreeks meten kan niet, ze is te klein. Michelson vergeleek twee lichtwegen: langs de wind en dwars erop. Zoals een zwemmer die heen en terug zwemt langs een rivier en dwars eroverheen: met de stroming mee en terug duurt langer. Het verschil is het kwadraat van een kleine verhouding, (v/c)² = 10⁻⁸. Interferentie maakt het zichtbaar: een verschuiving met een fractie van een golflengte verschuift de lichte strepen.
Wie is het eerst terug
Een rivier met breedte L stroomt van links naar rechts, de lila pijlen zijn de stroming. Twee zwemmers zwemmen even snel, c: de gouden langs de rivier heen en terug, de lichtblauwe dwars naar de overkant en terug. De balken onderaan zijn hun reistijden. De dwarse zwemmer is altijd eerder terug. Zo had ook de straal dwars op de etherwind de straal langs de wind moeten inhalen.
Draai de plaat en kijk in het oculair
Er is één hoofdactie — de knop «Plaat draaien». De stenen plaat drijft op kwik en draait langzaam rond. In het midden zie je hem van boven: de gouden lamp, lichtblauwe stralen gaan naar de spiegels aan de uiteinden van de armen, 16 reflecties per arm, samen 11 m lichtweg. De lila streepjes zijn de etherwind, de schuifregelaar bepaalt zijn snelheid. Rechts het oculair: lichte en donkere strepen. Als de ether bestaat, moeten de strepen heen en weer gaan terwijl de plaat draait. Onder het oculair een grafiek: de lila curve is de verschuiving volgens de ethertheorie, de gouden punten wat je ziet. De schakelaar «Wereld met ether / Wereld van 1887» toont beide antwoorden.
—
02 · Omrekening
De ether had geen eenheid, dus rekenen we de gezochte snelheid om. De strepenverschuiving in de interferometer groeit met β², het kwadraat van de fractie van de lichtsnelheid. De baansnelheid van de aarde is β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.
Tegenwoordig wordt geen enkele snelheid «ten opzichte van de ether» gemeten. Er is alleen beweging ten opzichte van de kosmische achtergrondstraling: de zon beweegt daar met 370 km/s doorheen, maar dat is een waargenomen beweging, geen wind van een medium.
| {n} | {v} | {note} |
03 · Ordes van grootte
04 · Meetinstrumenten
05 · Schrijfregels
06 · Naburige eenheden
Flogiston verdween spoorloos, warmtestof liet de calorie na. De ether liet het meeste na: de vergelijkingen van Maxwell werden geschreven voor een elastische ether, en ze hebben hem overleefd. En de constante lichtsnelheid die de ether afschafte, werd zelf een basis van meten: via haar is de meter gedefinieerd.
07 · Historisch deel
Het experiment van 1887 is een schoolvoorbeeld van meten tegen ruis in. De zandstenen plaat dreef op kwik, zodat hij zonder schokken kon draaien. Er werd waargenomen in een kelder, 's middags en 's avonds, zestien aflezingen per omwenteling. Men verwachtte 0,4 streep; de spreiding van de aflezingen was ongeveer 0,01.
Het nulresultaat gaf een bovengrens: de snelheid van de aarde door de ether is kleiner dan ongeveer 5—8 km/s. Honderd jaar later werd de constantheid van de lichtsnelheid deel van de definitie van de meter. Sinds 1983 is de meter de afstand die licht aflegt in 1/299 792 458 seconde.
Catalogus van grootheden
de hele index →De zeven SI-basiseenheden
Een druppel zuur verandert de kleur van het sap, zout kleurt de vlam, water bevriest door een tik. Daaronder alle bladen van Simetrium, per vakgebied en alfabetisch.
Index openen →