Majuscule

Latinescul aether, cu literă mică, în greacă αἰθήρ — «aerul de sus». Simbol și unitate nu existau: eterul era un mediu, nu o măsură.

A nu se confunda

Eterul luminifer al fizicienilor nu este eterul chimiștilor, eterul dietilic (C₂H₅)₂O. Și nici «eterul» radioului — acesta e doar un cuvânt pentru difuzare.

Pe placă se vede de sus un interferometru așezat pe o lespede de piatră. Lampa luminează o oglindă semitransparentă, fasciculul se împarte în două, razele pleacă spre oglinzi în lung și de-a curmezișul și se reunesc în lunetă. Dungile liliachii sunt vântul eteric, care ar fi trebuit să bată din fața Pământului. Lespedea se rotește cu un sfert de tură. În ocularul din dreapta franjele luminoase aproape nu se mișcă. Jos, semnul pleacă întâi spre 0,37 — atât se aștepta — și revine la zero, unde s-a și măsurat.

Fișa mărimii · învechită · mediu pentru lumină

Eter luminifer

Mărime învechită fără unitate · înlocuită de viteza constantă a luminii

Cleveland, iulie 1887. Michelson și Morley așază o lespede de piatră pe o baie de mercur, pun oglinzi pe ea și o rotesc încet. Pământul zboară în jurul Soarelui cu 30 km/s și, dacă lumina este o undă într-un eter imobil, vântul eteric din față ar trebui să deplaseze franjele din ocular cu 0,4 dintr-o franjă. Se așteptau la deplasare. Nu a existat.

Eterul a fost inventat pentru că o undă are nevoie de un mediu. Sunetul merge prin aer, valul prin apă — deci și lumina trebuie să meargă prin ceva ce umple vidul. Eterul trebuia să fie mai rigid decât oțelul ca să poarte unde atât de rapide și totuși să nu stânjenească planetele. Experimentul din 1887 a arătat că lumina se propagă la fel în toate direcțiile, oricum s-ar mișca Pământul. În 1905 Einstein a făcut din asta o lege, iar eterul nu a mai fost necesar.

Notație	aether · luminiferous aether · fără simbol
Cum a fost căutat	prin viteza Pământului față de eter — prin deplasarea franjelor de interferență
Ce se presupunea	mediu imobil · viteza luminii depinde de mișcarea observatorului
Introducere și abandonare	Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson și Morley, 1887 · Einstein, 1905
Notația de azi	c = 299 792 458 m/s exact, din 1983 — prin definiția metrului
Valori tipice	0,37 franje — așteptat în 1887 · sub 0,01 — observat · 10⁻¹⁷ — precizia azi

Spre transformare La interferometru

01 · Definiție

Mediul prin care aleargă lumina

Dacă lumina este o undă în eter, ea are o viteză față de eter, c. Un observator care zboară prin eter ar trebui să vadă lumina mai rapidă când vine din față și mai lentă când merge în același sens cu el. Pământul zboară în jurul Soarelui cu 30 km/s — o zecemiime din c. Tocmai această diferență se încerca a fi prinsă.

O asemenea corecție nu se poate măsura direct, e prea mică. Michelson a comparat două drumuri ale luminii: în lungul vântului și de-a curmezișul lui. Ca un înotător care înoată dus-întors pe un râu, în lungul lui și de-a curmezișul: în lungul curentului durează mai mult. Diferența este pătratul unui raport mic, (v/c)² = 10⁻⁸. Interferența o face vizibilă: o deplasare cu o fracțiune de lungime de undă mută franjele luminoase.

c — viteza luminii, m/s · v — viteza față de eter · L — lungimea brațului, m · λ — lungimea de undă, m · ΔN — deplasarea franjelor · β = v/c · γ = 1/√(1−β²)

Interactiv · doi înotători pe un râu

Cine se întoarce primul

Un râu lat de L curge de la stânga la dreapta, săgețile liliachii sunt curentul. Doi înotători înoată cu aceeași viteză c: cel auriu în lungul râului, dus-întors, cel albastru de-a curmezișul, până la celălalt mal și înapoi. Barele de jos sunt timpii lor de drum. Înotătorul de-a curmezișul ajunge mereu primul. La fel, raza care merge de-a curmezișul vântului eteric ar fi trebuit s-o întreacă pe cea din lungul vântului.

auriu — în lung, albastru — de-a curmezișulbarele — timpul de drum, în unități 2L/c

Curentul v / c

În lung

γ² = 1/(1−β²)

De-a curmezișul

γ = 1/√(1−β²)

Diferență

≈ β²/2 pentru β mic

Interactiv · interferometrul lui Michelson și Morley, 1887

Rotiți lespedea și priviți în ocular

Acțiunea principală e una singură — butonul «Rotește lespedea». Lespedea de piatră plutește pe mercur și se rotește încet. În centru se vede de sus: lampa aurie, razele albastre merg spre oglinzile de la capetele brațelor, câte 16 reflexii, în total 11 m de drum. Liniuțele liliachii sunt vântul eteric, iar viteza lui o stabilește cursorul. În dreapta, ocularul: franje luminoase și întunecate. Dacă eterul există, franjele ar trebui să se legene în timp ce lespedea se rotește. Sub ocular, un grafic: curba liliachie este deplasarea după teoria eterului, punctele aurii — ce se vede. Comutatorul «Lumea cu eter / Lumea din 1887» arată ambele răspunsuri.

în stânga: jurnalul de observație, deplasarea franjelor și unghiul lespeziiîn dreapta: ocularul și deplasarea franjelor după unghiul de rotație

Acțiune principală

Vântul eteric v30 km/s

30 km/s — viteza orbitală a Pământului. Deplasarea crește cu pătratul vitezei: de două ori mai repede — de patru ori mai mult.

Lungimea brațului L11 m

În 1881 Michelson avea 1,2 m, iar deplasarea se pierdea în zgomot. În 1887 oglinzile au purtat lumina dus-întors de 16 ori și au ieșit 11 m.

Deplasare așteptată

—

—

Deplasare observată

—

—

Unghiul lespezii

—

—

Viteza în eter, cel mult

—

—

Grafic · deplasarea după unghi, după viteză și precizia într-un secol

02 · Conversie

Fracțiunea din viteza luminii β = v/c

Eterul nu avea unitate, așa că recalculăm viteza care era căutată. Deplasarea franjelor în interferometru crește ca β², pătratul fracțiunii din viteza luminii. Viteza orbitală a Pământului este β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.

Astăzi nicio viteză nu se măsoară «față de eter». Există doar mișcarea față de radiația cosmică de fond: Soarele zboară prin ea cu 370 km/s, dar aceasta este o mișcare observată, nu vântul unui mediu.

03 · Ordine de mărime

Abaterea vitezei luminii Δc/c — ce urmăreau experimentele, de la 10⁻¹⁸ la 10⁻⁴

04 · Instrumente de măsură

interferometru

Divizor de fascicul, două brațe, două oglinzi. Razele se reunesc și dau franje, iar o deplasare de o zecime de franjă se vede cu ochiul liber. Același principiu funcționează în detectoarele de unde gravitaționale, doar că acolo brațele au câte 4 km.

aberația stelelor

Bradley a observat în 1727 că stelele descriu într-un an mici elipse, de 20,5 secunde de arc. Luneta trebuie înclinată în sensul mișcării Pământului, ca o umbrelă în ploaie. Este prima măsurare a lui β = 10⁻⁴.

experimentul lui Fizeau cu apă

În 1851 Fizeau a trimis lumină în sensul curgerii apei și în sens opus. Curentul antrena lumina doar parțial, cu factorul 1 − 1/n². Fresnel explica asta prin antrenarea parțială a eterului. Teoria relativității obține același număr din compunerea vitezelor.

rezonator optic

Experimentul Michelson de azi: doi rezonatori cristalini în unghi drept pe o masă rotativă, cu lasere legate de frecvențele lor. Frecvențele nu diverg nici la nivelul de 10⁻¹⁷ — de o sută de milioane de ori mai precis decât în 1887.

05 · Reguli de scriere

Corect

c = 299 792 458 m/s — exact, fără incertitudine

«eter luminifer» — termen istoric, în contextul secolului al XIX-lea

ΔN = 0,37 — deplasarea franjelor așteptată de Michelson și Morley

β = v/c, γ = 1/√(1−β²)

Greșit

«viteză față de eter» — într-un text modern

c ≈ 3·10⁸ m/s ± … — c nu are incertitudine din 1983

«experimentul a eșuat» — a dat un rezultat nul clar

confuzia dintre eterul luminifer și eterul chimic

06 · Unități vecine

Flogisticul a dispărut fără urmă, caloricul a lăsat în urmă caloria. Eterul a lăsat cel mai mult: ecuațiile lui Maxwell au fost scrise pentru un eter elastic și i-au supraviețuit. Iar viteza constantă a luminii, care a desființat eterul, a devenit ea însăși temelia măsurii: prin ea este definit metrul.

07 · Secțiune istorică

lespede de piatră

Notă metrologică

Experimentul din 1887 este un model de măsurare pusă împotriva zgomotului. Lespedea de gresie plutea pe mercur, ca să poată fi rotită fără zguduituri. Observațiile se făceau într-un subsol, la prânz și seara, șaisprezece citiri pe tură. Se așteptau 0,4 franje, iar împrăștierea citirilor era de circa 0,01.

Rezultatul nul a dat o limită superioară: viteza Pământului prin eter este mai mică de aproximativ 5—8 km/s. După o sută de ani, constanța vitezei luminii a devenit parte din definiția metrului. Din 1983 metrul este drumul parcurs de lumină în 1/299 792 458 dintr-o secundă.

franjele din ocular

Catalogul mărimilor

tot indexul →

temelia · 7 unități

Cele șapte unități fundamentale SI

Mol

Index · toate mărimile pe o singură pagină

Laboratorul de la intrarea în index

O picătură de acid schimbă culoarea sucului, sarea colorează flacăra, apa îngheață la o lovitură. Sub ele, toate fișele Simetrium, pe discipline și în ordine alfabetică.

Deschide indexul →

08 · Limba dumneavoastră

fiecare link duce la o pagină reală de limbă

Citiți în limba dumneavoastră

tradus și corectattraducere brutăîn așteptare