Herufi kubwa na ndogo

Neno la Kilatini aether kwa herufi ndogo, kutoka Kigiriki αἰθήρ — «hewa ya juu». Hakukuwa na alama wala kizio: etha ilikuwa kati, si kipimo.

Usichanganye

Etha ya mwanga ya wanafizikia si etha ya mwanakemia, dietili etha (C₂H₅)₂O. Wala si «etha» ya redio — katika lugha nyingine neno hilo humaanisha tu kuwa hewani.

Kwenye bamba — interferomita juu ya bamba la jiwe, ikitazamwa kutoka juu. Taa inamulika kioo kinachopitisha nusu ya mwanga, mwale unagawanyika mara mbili, na miale hiyo inakwenda kwenye vioo, mmoja sambamba na mwingine ukikatiza, kisha inakutana tena kwenye darubini. Vistari vya zambarau ni upepo wa etha uliopaswa kuvuma dhidi ya Dunia. Bamba linazunguka robo mzunguko. Kwenye lenzi ya jicho upande wa kulia, michirizi angavu karibu haisogei. Chini, alama kwanza inasogea hadi 0.37 — kiasi kilichotarajiwa — kisha inarudi sifuri, mahali kipimo halisi kilipokuwa.

Pasipoti ya kiasi · kilichopitwa na wakati · kati ya mwanga

Etha ya mwanga

Kiasi kilichopitwa na wakati kisicho na kizio · kimebadilishwa na kasi isiyobadilika ya mwanga

Cleveland, Julai 1887. Michelson na Morley wanaweka bamba la jiwe juu ya beseni la zebaki, wanaweka vioo juu yake na kulizungusha polepole. Dunia inakwenda kuzunguka Jua kwa kasi ya 30 km/s, na ikiwa mwanga ni wimbi katika etha tulivu, upepo wa etha unaovuma kutoka mbele ungepaswa kusogeza michirizi kwenye lenzi ya jicho kwa mchirizi 0.4. Walisubiri msogeo huo. Haukutokea.

Etha ilibuniwa kwa sababu wimbi linahitaji kati. Sauti husafiri kupitia hewa, mawimbi ya maji kupitia maji — kwa hiyo mwanga nao lazima usafiri kupitia kitu kinachojaza ombwe. Etha ilipaswa kuwa ngumu kuliko chuma ili kubeba mawimbi ya kasi hiyo, na wakati huohuo isizuie sayari. Jaribio la 1887 lilionyesha kwamba mwanga husafiri kwa namna ileile pande zote, hata Dunia ikienda vipi. Mwaka 1905 Einstein aliligeuza hili kuwa sheria, na etha haikuhitajika tena.

Alama	aether · luminiferous aether · bila alama
Jinsi ilivyotafutwa	kwa kasi ya Dunia kupitia etha — kwa msogeo wa michirizi ya mwingiliano
Kilichodhaniwa	kati tulivu · kasi ya mwanga hutegemea mwendo wa mtazamaji
Kuanzishwa na kuachwa	Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson na Morley, 1887 · Einstein, 1905
Uandishi wa leo	c = 299 792 458 m/s kamili, tangu 1983 — kwa ufafanuzi wa mita
Thamani za kawaida	mchirizi 0.37 — ilitarajiwa mwaka 1887 · chini ya 0.01 — ilionekana · 10⁻¹⁷ — usahihi wa leo

Kwenye ubadilishaji Kwenda interferomita

01 · Ufafanuzi

Kati ambamo mwanga hukimbia

Ikiwa mwanga ni wimbi katika etha, una kasi kulingana na etha, c. Mtazamaji anayesafiri kupitia etha angepaswa kuona mwanga ukienda kasi zaidi ukija kutoka mbele na polepole zaidi ukimfuata kutoka nyuma. Dunia inazunguka Jua kwa kasi ya 30 km/s — sehemu moja ya elfu kumi ya c. Tofauti hiyo ndiyo waliyojaribu kuinasa.

Marekebisho madogo kiasi hicho hayawezi kupimwa moja kwa moja. Michelson alilinganisha njia mbili za mwanga: sambamba na upepo na kuukatiza. Kama mwogeleaji anayeogelea kwenda na kurudi kwa urefu wa mto na kuukatiza: kwa urefu wa mkondo huchukua muda mrefu zaidi. Tofauti ni mraba wa uwiano mdogo, (v/c)² = 10⁻⁸. Mwingiliano huifanya ionekane: msogeo wa sehemu ya urefu wa wimbi husogeza michirizi angavu.

c — kasi ya mwanga, m/s · v — kasi kulingana na etha · L — urefu wa mkono, m · λ — urefu wa wimbi, m · ΔN — msogeo wa michirizi · β = v/c · γ = 1/√(1−β²)

Shirikishi · waogeleaji wawili mtoni

Nani atarudi kwanza

Mto wenye upana L unatiririka kutoka kushoto kwenda kulia, mishale ya zambarau ni mkondo. Waogeleaji wawili wanaogelea kwa kasi ileile c: wa dhahabu — kwa urefu wa mto kwenda na kurudi, wa samawati — kuukatiza hadi ukingo wa pili na kurudi. Mikanda ya chini ni muda wao wa safari. Mwogeleaji anayekatiza hufika mapema kila mara. Vivyo hivyo mwale unaokatiza upepo wa etha ulipaswa kuutangulia mwale unaokwenda sambamba na upepo.

dhahabu — kwa urefu, samawati — kukatizamikanda — muda wa safari, kwa vipimo vya 2L/c

Mkondo v / c

Kwa urefu

γ² = 1/(1−β²)

Kukatiza

γ = 1/√(1−β²)

Tofauti

≈ β²/2 kwa β ndogo

Shirikishi · interferomita ya Michelson na Morley, 1887

Zungusha bamba na utazame kwenye lenzi ya jicho

Kitendo kikuu ni kimoja — kitufe «Zungusha bamba». Bamba la jiwe huelea juu ya zebaki na kuzunguka polepole. Katikati linaonekana kutoka juu: taa ya dhahabu, miale ya samawati inakwenda kwenye vioo vilivyo mwishoni mwa mikono, kila mmoja na miakisiko 16, jumla ya njia ni 11 m. Vistari vya zambarau ni upepo wa etha; kasi yake huwekwa kwa kitelezi. Kulia kuna lenzi ya jicho: michirizi angavu na myeusi. Ikiwa etha ipo, michirizi inapaswa kuyumba wakati bamba linazunguka. Chini ya lenzi kuna grafu: mkunjo wa zambarau — msogeo kwa nadharia ya etha, nukta za dhahabu — kinachoonekana. Swichi «Dunia yenye etha / Dunia ya 1887» inaonyesha majibu yote mawili.

kushoto: daftari la uchunguzi, msogeo wa michirizi na pembe ya bambakulia: lenzi ya jicho na msogeo wa michirizi kwa pembe ya mzunguko

Kitendo kikuu

Upepo wa etha v30 km/s

30 km/s — kasi ya Dunia kwenye obiti. Msogeo hukua kama mraba wa kasi: kasi mara mbili — msogeo mara nne.

Urefu wa mkono L11 m

Mwaka 1881 Michelson alikuwa na 1.2 m tu, na msogeo ulizama katika kelele. Mwaka 1887 vioo viliakisi mwanga mara 16, na njia ikawa 11 m.

Msogeo uliotarajiwa

—

—

Msogeo unaoonekana

—

—

Pembe ya bamba

—

—

Kasi ndani ya etha, isiyozidi

—

—

Grafu · msogeo kwa pembe, kwa kasi na usahihi katika karne moja

02 · Kubadilisha

Sehemu ya kasi ya mwanga β = v/c

Etha haikuwa na kizio, kwa hiyo tunabadili kasi iliyotafutwa. Msogeo wa michirizi katika interferomita hukua kama β², mraba wa sehemu ya kasi ya mwanga. Kasi ya Dunia kwenye obiti — β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.

Leo hakuna kasi inayopimwa «kulingana na etha». Kuna mwendo tu kulingana na mnururisho wa mandharinyuma wa ulimwengu: Jua linapita ndani yake kwa kasi ya 370 km/s, lakini huo ni mwendo unaoonekana, si upepo wa kati.

03 · Madaraja ya ukubwa

Mkengeuko wa kasi ya mwanga Δc/c — kile ambacho majaribio yalijaribu kunasa, kutoka 10⁻¹⁸ hadi 10⁻⁴

04 · Vifaa vya kupima

interferomita

Kigawanya mwale, mikono miwili, vioo viwili. Miale hukutana na kutoa michirizi, na msogeo wa sehemu ya kumi ya mchirizi huonekana kwa jicho. Kanuni hiyohiyo hufanya kazi katika vigunduzi vya mawimbi ya mvutano, ila huko mikono ni 4 km kila mmoja.

aberesheni ya nyota

Mwaka 1727 Bradley aliona kwamba katika mwaka mmoja nyota huchora duaradufu ndogo, sekunde za tao 20.5. Darubini inabidi iinamishwe upande wa mwendo wa Dunia, kama mwavuli kwenye mvua. Hiki ndicho kipimo cha kwanza cha β = 10⁻⁴.

jaribio la Fizeau na maji

Mwaka 1851 Fizeau alipitisha mwanga kwenye maji yanayotiririka, kwa kufuata mkondo na dhidi yake. Mwanga ulibebwa na mkondo si kikamilifu, bali kwa kizidishi 1 − 1/n². Fresnel alieleza hili kwa uvutwaji wa sehemu wa etha. Nadharia ya uhusianifu hupata namba hiyohiyo kutokana na kujumlisha kasi.

resoneta ya optiki

Jaribio la Michelson la leo: resoneta mbili za fuwele kwa pembe mraba juu ya meza inayozunguka, leza zimefungwa kwenye marudio yao. Marudio hayatofautiani hadi 10⁻¹⁷ — usahihi mara milioni mia moja zaidi ya 1887.

05 · Kanuni za kuandika

Sahihi

c = 299 792 458 m/s — kamili, bila hitilafu ya kipimo

«etha ya mwanga» — istilahi ya kihistoria, katika muktadha wa karne ya kumi na tisa

ΔN = 0.37 — msogeo wa michirizi uliotarajiwa na Michelson na Morley

β = v/c, γ = 1/√(1−β²)

Si sahihi

«kasi kulingana na etha» — katika maandishi ya kisasa

c ≈ 3·10⁸ m/s ± … — c haina hitilafu ya kipimo tangu 1983

«jaribio lilishindwa» — lilitoa matokeo sifuri yaliyo wazi

kuchanganya etha ya mwanga na etha ya kemia

06 · Vipimo jirani

Flojistoni iliondoka bila kuacha alama, kaloriki iliacha kalori. Etha iliacha zaidi ya zote: milinganyo ya Maxwell iliandikwa kwa etha nyumbufu, nayo imeishi kuliko etha. Na kasi isiyobadilika ya mwanga, iliyoifuta etha, yenyewe ikawa msingi wa kipimo: mita imefafanuliwa kupitia kwayo.

07 · Sehemu ya kihistoria

bamba la jiwe

Dokezo la elimu ya vipimo

Jaribio la 1887 ni kielelezo cha jinsi ya kupima dhidi ya kelele. Bamba la mawe ya mchanga lilielea juu ya zebaki ili liweze kuzungushwa bila mitikisiko. Uchunguzi ulifanywa kwenye chumba cha chini, adhuhuri na jioni, vipimo kumi na sita kwa kila mzunguko. Walitarajia mchirizi 0.4, mtawanyiko wa vipimo ulikuwa takriban 0.01.

Matokeo sifuri yalitoa kikomo cha juu: kasi ya Dunia kupitia etha ni chini ya takriban 5—8 km/s. Miaka mia moja baadaye, kutobadilika kwa kasi ya mwanga kukawa sehemu ya ufafanuzi wa mita. Tangu 1983 mita ni umbali ambao mwanga husafiri katika 1/299 792 458 ya sekunde.

michirizi kwenye lenzi ya jicho

Orodha ya vipimo

faharasa nzima →

msingi · vizio 7

Vizio saba vya msingi vya SI

08 · Lugha yako

kila kiungo ni ukurasa halisi wa lugha

Soma kwa lugha yako

imetafsiriwa na kusahihishwatafsiri ya awaliinasubiri