Versaler

Med liten bokstav: latinets aether, grekiskans αἰθήρ — «den övre luften». Symbol och enhet fanns inte: etern var ett medium, inte ett mått.

Förväxla inte

Fysikens ljuseter är inte kemistens eter, dietyleter (C₂H₅)₂O. Och inte heller radions «eter» — det är bara ett ord för sändningar.

På plattan — en interferometer sedd ovanifrån på en stenplatta. En lampa lyser på en halvgenomskinlig spegel, strålen delas i två, de går till speglar på längden och tvären och möts i kikaren. De lila strecken är etervinden som skulle ha blåst mot jorden. Plattan vrids ett kvarts varv. I okularet till höger rör sig de ljusa fransarna nästan inte. Nederst går markeringen först till 0,37 — så mycket väntade man sig — och tillbaka till noll, där det faktiskt mättes.

Storhetspass · föråldrad · medium för ljus

Ljusetern

Föråldrad storhet utan enhet · ersatt av ljusets konstanta hastighet

Cleveland, juli 1887. Michelson och Morley lägger en stenplatta på ett kvicksilverbad, ställer speglar på den och vrider den långsamt. Jorden far runt solen med 30 km/s, och om ljuset är en våg i en stillastående eter borde etervinden förskjuta fransarna i okularet med 0,4 frans. De väntade sig en förskjutning. Den uteblev.

Etern hittades på eftersom en våg behöver ett medium. Ljud går genom luft, en våg genom vatten — alltså går ljuset genom något som fyller tomrummet. Etern måste vara hårdare än stål för att bära så snabba vågor, och ändå inte hindra planeterna. Experimentet 1887 visade att ljuset rör sig lika i alla riktningar, hur jorden än far. År 1905 gjorde Einstein det till en lag, och etern behövdes inte längre.

Beteckning	aether · luminiferous aether · utan symbol
Hur man sökte	jordens hastighet genom etern — via förskjutningen av interferensfransar
Vad man antog	stillastående medium · ljusets hastighet beror på observatörens rörelse
Införd och övergiven	Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson och Morley, 1887 · Einstein, 1905
Dagens skrivsätt	c = 299 792 458 m/s exakt, sedan 1983 — genom definitionen av metern
Typiska värden	0,37 frans — väntat 1887 · under 0,01 — sett · 10⁻¹⁷ — noggrannhet i dag

Till omräkningen Till interferometern

01 · Definition

Mediet som ljuset färdas genom

Om ljuset är en våg i etern har det en hastighet relativt etern, c. En observatör som far genom etern borde se ljuset snabbare när det kommer emot och långsammare när det hinner ikapp. Jorden far runt solen med 30 km/s — en tiotusendel av c. Det var den skillnaden man försökte fånga.

Att mäta en sådan korrektion direkt går inte, den är för liten. Michelson jämförde två ljusvägar: längs vinden och tvärs över. Som en simmare som simmar fram och tillbaka längs en flod och tvärs över den: längs strömmen tar det längre tid. Skillnaden är kvadraten på ett litet förhållande, (v/c)² = 10⁻⁸. Interferensen gör den synlig: en förskjutning med en bråkdel av en våglängd flyttar de ljusa fransarna.

c — ljusets hastighet, m/s · v — hastighet relativt etern · L — armlängd, m · λ — våglängd, m · ΔN — fransförskjutning · β = v/c · γ = 1/√(1−β²)

Interaktivt · två simmare i en flod

Vem kommer först tillbaka

En flod med bredden L rinner från vänster till höger, de lila pilarna är strömmen. Två simmare simmar lika fort, c: den gyllene längs floden fram och tillbaka, den ljusblå tvärs över, till andra stranden och tillbaka. Staplarna nederst är deras restider. Den som simmar tvärs över hinner alltid först. På samma sätt borde strålen tvärs etervinden ha hunnit före strålen längs vinden.

gyllene — längs, ljusblå — tvärsstaplar — restid, i enheter av 2L/c

Ström v / c

Längs

γ² = 1/(1−β²)

Tvärs

γ = 1/√(1−β²)

Skillnad

≈ β²/2 för små β

Interaktivt · Michelson och Morleys interferometer, 1887

Vrid plattan och titta i okularet

Huvudhandlingen är en enda — knappen «Vrid plattan». Stenplattan flyter på kvicksilver och vrids långsamt. I mitten syns den ovanifrån: den gyllene lampan, ljusblå strålar går till speglarna i armarnas ändar, 16 reflexer var, sammanlagt 11 m ljusväg. De lila strecken är etervinden, dess hastighet ställs med reglaget. Till höger okularet: ljusa och mörka fransar. Om etern finns ska fransarna gunga medan plattan vrids. Under okularet ett diagram: den lila kurvan är förskjutningen enligt eterteorin, de gyllene punkterna det man ser. Omkopplaren «Värld med eter / Världen 1887» visar båda svaren.

till vänster: observationsjournal, fransförskjutning och plattans vinkeltill höger: okular och fransförskjutning efter vridningsvinkel

Huvudåtgärd

Etervind v30 km/s

30 km/s är jordens banhastighet. Förskjutningen växer med kvadraten på hastigheten: dubbelt så fort — fyra gånger så mycket.

Armlängd L11 m

År 1881 hade Michelson 1,2 m, och förskjutningen drunknade i bruset. År 1887 lät speglarna ljuset gå fram och tillbaka 16 gånger, vilket gav 11 m.

Väntad förskjutning

—

—

Sedd förskjutning

—

—

Plattans vinkel

—

—

Hastighet i etern, högst

—

—

Diagram · förskjutning efter vinkel, efter hastighet och noggrannhet under ett sekel

02 · Omräkning

Andel av ljusets hastighet β = v/c

Etern hade ingen enhet, så vi räknar om hastigheten man sökte. Fransförskjutningen i interferometern växer som β², kvadraten på andelen av ljusets hastighet. Jordens banhastighet ger β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.

I dag mäts ingen hastighet «relativt etern». Det finns bara rörelse relativt den kosmiska bakgrundsstrålningen: solen far genom den med 370 km/s, men det är en observerad rörelse, inte en vind i ett medium.

03 · Storleksordningar

Avvikelse i ljusets hastighet Δc/c — vad experimenten sökte, från 10⁻¹⁸ till 10⁻⁴

04 · Mätinstrument

interferometer

Stråldelare, två armar, två speglar. Strålarna möts och ger fransar, och en förskjutning på en tiondels frans syns med blotta ögat. Samma princip används i detektorer för gravitationsvågor, bara att armarna där är 4 km långa.

stjärnornas aberration

Bradley såg år 1727 att stjärnorna under ett år beskriver små ellipser, 20,5 bågsekunder. Kikaren måste lutas i jordens färdriktning, som ett paraply i regn. Det är den första mätningen av β = 10⁻⁴.

Fizeaus vattenexperiment

År 1851 skickade Fizeau ljus med och mot strömmande vatten. Ljuset drogs med av strömmen inte helt, utan med faktorn 1 − 1/n². Fresnel förklarade det med att etern delvis drogs med. Relativitetsteorin får samma tal ur additionen av hastigheter.

optisk resonator

Dagens Michelsonexperiment: två kristallresonatorer i rät vinkel på ett vridbord, med lasrar låsta till deras frekvenser. Frekvenserna glider inte isär ner till 10⁻¹⁷ — hundra miljoner gånger noggrannare än 1887.

05 · Skrivregler

Rätt

c = 299 792 458 m/s — exakt, utan osäkerhet

«ljusetern» — historisk term, i artonhundratalets sammanhang

ΔN = 0,37 — väntad fransförskjutning hos Michelson och Morley

β = v/c, γ = 1/√(1−β²)

Fel

«hastighet relativt etern» — i en nutida text

c ≈ 3·10⁸ m/s ± … — c har ingen osäkerhet sedan 1983

«experimentet misslyckades» — det gav ett tydligt nollresultat

blanda ihop ljusetern med kemisk eter

06 · Grannenheter

Flogistonet försvann spårlöst, värmeämnet lämnade kalorin efter sig. Etern lämnade mest: Maxwells ekvationer skrevs för en elastisk eter, och de överlevde den. Och ljusets konstanta hastighet, som avskaffade etern, blev själv en grund för mätning: genom den är metern definierad.

07 · Historisk del

stenplatta

Metrologisk anteckning

Experimentet 1887 är ett skolexempel på hur man ställer en mätning mot bruset. Sandstensplattan flöt på kvicksilver så att den kunde vridas utan stötar. Man observerade i en källare, mitt på dagen och på kvällen, sexton avläsningar per varv. Man väntade sig 0,4 frans; avläsningarnas spridning var omkring 0,01.

Nollresultatet gav en övre gräns: jordens hastighet genom etern är mindre än ungefär 5—8 km/s. Hundra år senare blev ljushastighetens konstans en del av definitionen av metern. Sedan 1983 är metern den sträcka ljuset tillryggalägger på 1/299 792 458 sekund.

fransar i okularet

Storhetskatalog

hela registret →

grunden · 7 enheter

SI-systemets sju grundenheter

Mol

Labbet vid ingången till registret

En droppe syra ändrar saftens färg, salt färgar lågan, vatten fryser av en knackning. Under dem alla Simetriums blad, efter ämnesområde och i bokstavsordning.

Öppna registret →

08 · Ditt språk

varje länk leder till en riktig språksida

Läs på ditt eget språk

översatt och korrekturlästråöversättningi kö