Veľkosť písmen

Latinské aether s malým písmenom, grécky αἰθήρ — «horný vzduch». Značka ani jednotka neexistovali: éter bol prostredím, nie mierou.

Nezamieňať

Svetlonosný éter fyzikov nie je éter chemikov, dietyléter (C₂H₅)₂O. A nie je to ani «éter» rozhlasu — to je len slovo pre vysielanie.

Na dlaždici je zhora vidieť interferometer na kamennej doske. Lampa svieti na polopriepustné zrkadlo, lúč sa delí na dva, tie smerujú k zrkadlám pozdĺž a naprieč a stretávajú sa v ďalekohľade. Fialové pruhy sú éterový vietor, ktorý mal fúkať proti Zemi. Doska sa otočí o štvrť otáčky. V okulári vpravo sa svetlé prúžky takmer nehýbu. Dole sa značka najprv vysunie k 0,37 — toľko sa čakalo — a vráti sa k nule, kde sa aj namerala.

Preukaz veličiny · zastaraná · prostredie pre svetlo

Svetlonosný éter

Zastaraná veličina bez jednotky · nahradená konštantnou rýchlosťou svetla

Cleveland, júl 1887. Michelson a Morley kladú kamennú dosku na ortuťové lôžko, stavajú na ňu zrkadlá a pomaly ju otáčajú. Zem letí okolo Slnka rýchlosťou 30 km/s, a ak je svetlo vlnou v nehybnom éteri, protivietor éteru by mal posunúť prúžky v okulári o 0,4 prúžku. Čakali posun. Nebol.

Éter si vymysleli, pretože vlna potrebuje prostredie. Zvuk sa šíri vzduchom, vlna vodou — teda aj svetlo sa musí šíriť niečím, čo vypĺňa prázdnotu. Éter mal byť tuhší ako oceľ, aby niesol také rýchle vlny, a pritom nebrániť planétam v pohybe. Pokus z roku 1887 ukázal, že svetlo sa šíri do všetkých strán rovnako, nech Zem letí akokoľvek. Roku 1905 z toho Einstein urobil zákon a éter prestal byť potrebný.

Označenie	aether · luminiferous aether · bez značky
Ako sa hľadal	podľa rýchlosti Zeme voči éteru — podľa posunu interferenčných prúžkov
Čo sa predpokladalo	nehybné prostredie · rýchlosť svetla závisí od pohybu pozorovateľa
Zavedenie a opustenie	Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson a Morley, 1887 · Einstein, 1905
Dnešný zápis	c = 299 792 458 m/s presne, od roku 1983 — z definície metra
Typické hodnoty	0,37 prúžku — čakané v roku 1887 · menej ako 0,01 — pozorované · 10⁻¹⁷ — presnosť dnes

K prevodu K interferometru

01 · Definícia

Prostredie, ktorým beží svetlo

Ak je svetlo vlnou v éteri, má voči éteru rýchlosť c. Pozorovateľ letiaci éterom by mal vidieť svetlo rýchlejšie, keď mu ide oproti, a pomalšie, keď letí rovnakým smerom ako on. Zem letí okolo Slnka rýchlosťou 30 km/s — desaťtisícina c. Práve tento rozdiel sa snažili zachytiť.

Priamo takú opravu zmerať nemožno, je príliš malá. Michelson porovnal dve dráhy svetla: po vetre a naprieč. Ako plavec, ktorý v rieke pláva tam a späť pozdĺž prúdu a naprieč: pozdĺž prúdu to trvá dlhšie. Rozdiel je druhou mocninou malého pomeru, (v/c)² = 10⁻⁸. Interferencia ho zviditeľní: posun o zlomok vlnovej dĺžky posunie svetlé prúžky.

c — rýchlosť svetla, m/s · v — rýchlosť voči éteru · L — dĺžka ramena, m · λ — vlnová dĺžka, m · ΔN — posun prúžkov · β = v/c · γ = 1/√(1−β²)

Interaktívne · dvaja plavci v rieke

Kto sa vráti prvý

Rieka široká L tečie zľava doprava, fialové šípky sú prúd. Dvaja plavci plávajú rovnakou rýchlosťou c: zlatý pozdĺž rieky tam a späť, modrý naprieč k druhému brehu a späť. Pruhy dole sú ich čas cesty. Plavec naprieč je vždy späť skôr. Rovnako mal aj lúč naprieč éterovým vetrom predbehnúť lúč po vetre.

zlatý — pozdĺž, modrý — napriečpruhy — čas cesty, v jednotkách 2L/c

Prúd v / c

Pozdĺž

γ² = 1/(1−β²)

Naprieč

γ = 1/√(1−β²)

Rozdiel

≈ β²/2 pre malé β

Interaktívne · interferometer Michelsona a Morleyho, 1887

Otočiť dosku a pozerať sa do okulára

Hlavná akcia je jediná — tlačidlo «Otočiť dosku». Kamenná doska pláva na ortuti a pomaly sa otáča. V strede je vidieť zhora: zlatá lampa, modré lúče smerujú k zrkadlám na koncoch ramien, po 16 odrazoch, spolu 11 m dráhy. Fialové čiarky sú éterový vietor, jeho rýchlosť nastavuje posúvač. Vpravo okulár: svetlé a tmavé prúžky. Ak éter existuje, prúžky by sa mali kývať, kým sa doska otáča. Pod okulárom graf: fialová krivka je posun podľa teórie éteru, zlaté body to, čo je vidieť. Prepínač «Svet s éterom / Svet roku 1887» ukazuje obe odpovede.

vľavo: denník pozorovania, posun prúžkov a uhol doskyvpravo: okulár a posun prúžkov podľa uhla otočenia

Hlavná akcia

Éterový vietor v30 km/s

30 km/s — obežná rýchlosť Zeme. Posun rastie s druhou mocninou rýchlosti: dvakrát rýchlejšie — štyrikrát viac.

Dĺžka ramena L11 m

V roku 1881 mal Michelson 1,2 m a posun zanikol v šume. V roku 1887 zrkadlá prehnali svetlo 16-krát a vyšlo 11 m.

Očakávaný posun

—

—

Pozorovaný posun

—

—

Uhol dosky

—

—

Rýchlosť v éteri najviac

—

—

Graf · posun podľa uhla, podľa rýchlosti a presnosť za storočie

02 · Prevod

Podiel rýchlosti svetla β = v/c

Éter nemal jednotku, a tak prepočítavame rýchlosť, ktorú hľadali. Posun prúžkov v interferometri rastie ako β², druhá mocnina podielu rýchlosti svetla. Obežná rýchlosť Zeme je β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.

Dnes sa žiadna rýchlosť nemeria «voči éteru». Existuje len pohyb voči reliktnému žiareniu: Slnko ním letí rýchlosťou 370 km/s, ale to je pozorovaný pohyb, nie vietor prostredia.

03 · Rády veličín

Odchýlka rýchlosti svetla Δc/c — čo pokusy hľadali, od 10⁻¹⁸ do 10⁻⁴

04 · Meracie prístroje

interferometer

Delič zväzku, dve ramená, dve zrkadlá. Lúče sa zbiehajú a dávajú prúžky, a posun o desatinu prúžku je vidieť okom. Rovnaký princíp funguje v detektoroch gravitačných vĺn, len ramená tam majú 4 km.

aberácia hviezd

Bradley roku 1727 zistil, že hviezdy opisujú počas roka malé elipsy, 20,5 oblúkovej sekundy. Ďalekohľad treba nakláňať v smere pohybu Zeme ako dáždnik v daždi. Je to prvé meranie β = 10⁻⁴.

Fizeauov pokus s vodou

Roku 1851 pustil Fizeau svetlo po prúde a proti prúdu tečúcej vody. Prúd strhával svetlo len čiastočne, s koeficientom 1 − 1/n². Fresnel to vysvetľoval čiastočným strhávaním éteru. Teória relativity odvodzuje to isté číslo zo skladania rýchlostí.

optický rezonátor

Dnešný Michelsonov pokus: dva kryštálové rezonátory v pravom uhle na otočnom stole, lasery zviazané s ich frekvenciami. Frekvencie sa nerozchádzajú ani na úrovni 10⁻¹⁷ — stomiliónkrát presnejšie ako v roku 1887.

05 · Pravidlá zápisu

Správne

c = 299 792 458 m/s — presne, bez neistoty

«svetlonosný éter» — historický termín, v kontexte XIX. storočia

ΔN = 0,37 — očakávaný posun prúžkov u Michelsona a Morleyho

β = v/c, γ = 1/√(1−β²)

Nesprávne

«rýchlosť voči éteru» — v modernom texte

c ≈ 3·10⁸ m/s ± … — c nemá od roku 1983 neistotu

«pokus zlyhal» — dal jasný nulový výsledok

zamieňať svetlonosný éter s chemickým éterom

06 · Susedné jednotky

Flogistón zmizol bez stopy, tepelná látka zanechala kalóriu. Éter zanechal najviac: Maxwellove rovnice sa písali pre pružný éter a prežili ho. A konštantná rýchlosť svetla, ktorá éter zrušila, sa sama stala základom miery: cez ňu je definovaný meter.

07 · Historický oddiel

kamenná doska

Metrologická poznámka

Pokus z roku 1887 je vzorom, ako postaviť meranie proti šumu. Pieskovcová doska plávala na ortuti, aby sa dala otáčať bez otrasov. Pozorovalo sa v pivnici, na poludnie a večer, šestnásť odčítaní za otáčku. Čakalo sa 0,4 prúžku, rozptyl odčítaní bol asi 0,01.

Nulový výsledok dal hornú hranicu: rýchlosť Zeme voči éteru je menšia než zhruba 5—8 km/s. O sto rokov neskôr sa stálosť rýchlosti svetla stala súčasťou definície metra. Od roku 1983 je meter dráha, ktorú svetlo prejde za 1/299 792 458 sekundy.

prúžky v okulári

Katalóg veličín

celý register →

základ · 7 jednotiek

Sedem základných jednotiek SI

Laboratórium pri vstupe do registra

Kvapka kyseliny zmení farbu šťavy, soľ zafarbí plameň, voda zamrzne po klepnutí. Pod nimi všetky listy Simetria podľa odborov a abecedne.

Otvoriť register →

08 · Váš jazyk

každý odkaz vedie na skutočnú jazykovú stránku

Čítajte vo svojom jazyku

preložené a skontrolovanéhrubý prekladv poradí