ตัวพิมพ์ใหญ่-เล็ก

เขียนด้วยตัวพิมพ์เล็กเป็นภาษาละตินว่า aether ภาษากรีกว่า αἰθήρ — «อากาศเบื้องบน» ไม่มีทั้งสัญลักษณ์และหน่วย: อีเทอร์เป็นตัวกลาง ไม่ใช่ปริมาณที่ใช้วัด

อย่าสับสน

อีเทอร์นำแสงของนักฟิสิกส์ไม่ใช่อีเทอร์ของนักเคมี คือไดเอทิลอีเทอร์ (C₂H₅)₂O และไม่ใช่ Ethernet ของระบบเครือข่าย — ฝั่งนั้นแค่ยืมชื่อมาใช้

บนแผ่นภาพคืออินเทอร์เฟอโรมิเตอร์บนแผ่นหิน มองจากด้านบน หลอดไฟส่องไปที่กระจกกึ่งโปร่งแสง ลำแสงแยกเป็นสอง วิ่งไปยังกระจกที่วางตามลมและขวางลม แล้วมาบรรจบกันในกล้อง แถบสีม่วงอ่อนคือลมอีเทอร์ที่ควรจะพัดสวนโลกมา แผ่นหินหมุนไปหนึ่งในสี่รอบ ในเลนส์ใกล้ตาด้านขวา ริ้วสว่างแทบไม่ขยับ ด้านล่าง เครื่องหมายเลื่อนไปที่ 0.37 ก่อน — ค่าที่คาดไว้ — แล้วกลับมาที่ศูนย์ ซึ่งเป็นค่าที่วัดได้จริง

บัตรประจำปริมาณ · ล้าสมัย · ตัวกลางของแสง

อีเทอร์นำแสง

ปริมาณล้าสมัยที่ไม่มีหน่วย · ถูกแทนที่ด้วยอัตราเร็วแสงที่คงตัว

คลีฟแลนด์ กรกฎาคม 1887 ไมเคิลสันและมอร์ลีย์วางแผ่นหินลอยบนปรอท ตั้งกระจกไว้บนนั้น แล้วค่อย ๆ หมุน โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยอัตราเร็ว 30 km/s และถ้าแสงเป็นคลื่นในอีเทอร์ที่หยุดนิ่ง ลมอีเทอร์ที่พัดสวนมาก็ต้องทำให้ริ้วในเลนส์ใกล้ตาเลื่อนไป 0.4 ริ้ว ทั้งสองรอการเลื่อนนั้น แต่มันไม่เกิดขึ้น

อีเทอร์ถูกคิดขึ้นเพราะคลื่นต้องมีตัวกลาง เสียงเดินทางผ่านอากาศ คลื่นน้ำเดินทางผ่านน้ำ — แสงจึงต้องเดินทางผ่านอะไรสักอย่างที่เติมเต็มความว่างเปล่า อีเทอร์ต้องแข็งกว่าเหล็กกล้าจึงจะพาคลื่นที่เร็วขนาดนั้นได้ แต่ขณะเดียวกันก็ต้องไม่ขวางดาวเคราะห์ การทดลองปี 1887 แสดงว่าแสงเคลื่อนที่เหมือนกันทุกทิศทาง ไม่ว่าโลกจะเคลื่อนไปทางใด ในปี 1905 ไอน์สไตน์ยกสิ่งนี้เป็นกฎ และอีเทอร์ก็ไม่จำเป็นอีกต่อไป

สัญลักษณ์	aether · luminiferous aether · ไม่มีสัญลักษณ์
ค้นหาอย่างไร	จากอัตราเร็วของโลกผ่านอีเทอร์ — ด้วยการเลื่อนของริ้วแทรกสอด
สมมติฐานในตอนนั้น	ตัวกลางที่หยุดนิ่ง · อัตราเร็วแสงขึ้นกับการเคลื่อนที่ของผู้สังเกต
การนำมาใช้และการเลิกใช้	ฮอยเกนส์, 1690 · เฟรเนล, 1818 · ไมเคิลสันและมอร์ลีย์, 1887 · ไอน์สไตน์, 1905
การเขียนปัจจุบัน	c = 299 792 458 m/s พอดี ตั้งแต่ปี 1983 — ตามนิยามของเมตร
ค่าทั่วไป	0.37 ริ้ว — ที่คาดไว้ในปี 1887 · น้อยกว่า 0.01 — ที่เห็นจริง · 10⁻¹⁷ — ความแม่นยำในวันนี้

ไปยังการแปลงหน่วย ไปที่อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์

01 · นิยาม

ตัวกลางที่แสงวิ่งผ่าน

ถ้าแสงเป็นคลื่นในอีเทอร์ แสงก็มีอัตราเร็วเทียบกับอีเทอร์ คือ c ผู้สังเกตที่พุ่งผ่านอีเทอร์ควรเห็นแสงเร็วขึ้นเมื่อแสงวิ่งสวนมา และช้าลงเมื่อแสงวิ่งตามมา โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยอัตราเร็ว 30 km/s — หนึ่งในหมื่นของ c ความต่างนี้เองที่พยายามจับให้ได้

การแก้ค่าที่เล็กขนาดนี้วัดโดยตรงไม่ได้ ไมเคิลสันจึงเปรียบเทียบเส้นทางของแสงสองเส้น: ตามลมและขวางลม เหมือนนักว่ายน้ำที่ว่ายไปกลับตามลำน้ำ กับอีกคนที่ว่ายไปกลับข้ามลำน้ำ: ทางตามกระแสใช้เวลานานกว่า ความต่างเป็นกำลังสองของอัตราส่วนเล็ก ๆ (v/c)² = 10⁻⁸ การแทรกสอดทำให้มองเห็นได้: การเลื่อนเพียงเศษเสี้ยวของความยาวคลื่นก็ทำให้ริ้วสว่างเลื่อน

c — อัตราเร็วแสง, m/s · v — อัตราเร็วเทียบกับอีเทอร์ · L — ความยาวแขน, m · λ — ความยาวคลื่น, m · ΔN — การเลื่อนของริ้ว · β = v/c · γ = 1/√(1−β²)

อินเทอร์แอกทีฟ · นักว่ายน้ำสองคนในแม่น้ำ

ใครกลับมาถึงก่อน

แม่น้ำกว้าง L ไหลจากซ้ายไปขวา ลูกศรสีม่วงอ่อนคือกระแสน้ำ นักว่ายน้ำสองคนว่ายด้วยอัตราเร็ว c เท่ากัน: คนสีทองว่ายไปกลับตามลำน้ำ คนสีฟ้าว่ายข้ามไปยังอีกฝั่งแล้วกลับ แถบด้านล่างคือเวลาที่แต่ละคนใช้ คนที่ว่ายข้ามกลับมาก่อนเสมอ ลำแสงที่วิ่งขวางลมอีเทอร์ก็ควรกลับมาก่อนลำแสงที่วิ่งตามลมเช่นกัน

สีทอง — ตามกระแส, สีฟ้า — ข้ามกระแสแถบ — เวลาที่ใช้ หน่วย 2L/c

กระแสน้ำ v / c

ตามกระแส

γ² = 1/(1−β²)

ข้ามกระแส

γ = 1/√(1−β²)

ผลต่าง

≈ β²/2 เมื่อ β เล็ก

อินเทอร์แอกทีฟ · อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ของไมเคิลสันและมอร์ลีย์, 1887

หมุนแผ่นหินแล้วมองเข้าเลนส์ใกล้ตา

การกระทำหลักมีเพียงอย่างเดียวคือปุ่ม «หมุนแผ่นหิน» แผ่นหินลอยอยู่บนปรอทและค่อย ๆ หมุน ตรงกลางเห็นมุมมองจากด้านบน: หลอดไฟสีทอง ลำแสงสีฟ้าวิ่งไปยังกระจกที่ปลายแขน สะท้อนแขนละ 16 ครั้ง ระยะทางรวม 11 m ขีดสีม่วงอ่อนคือลมอีเทอร์ อัตราเร็วของมันตั้งด้วยแถบเลื่อน ด้านขวาคือเลนส์ใกล้ตา: ริ้วสว่างและริ้วมืด ถ้ามีอีเทอร์ ริ้วควรแกว่งไปมาขณะแผ่นหินหมุน ใต้เลนส์ใกล้ตาเป็นกราฟ: เส้นโค้งสีม่วงอ่อนคือการเลื่อนตามทฤษฎีอีเทอร์ จุดสีทองคือสิ่งที่เห็นจริง สวิตช์ «โลกที่มีอีเทอร์ / โลกปี 1887» แสดงคำตอบทั้งสองแบบ

ซ้าย: บันทึกการสังเกต การเลื่อนของริ้ว และมุมของแผ่นหินขวา: เลนส์ใกล้ตา และการเลื่อนของริ้วตามมุมหมุน

การทำงานหลัก

ลมอีเทอร์ v30 km/s

30 km/s คืออัตราเร็วของโลกในวงโคจร การเลื่อนเพิ่มตามกำลังสองของอัตราเร็ว: เร็วขึ้นสองเท่า เลื่อนมากขึ้นสี่เท่า

ความยาวแขน L11 m

ในปี 1881 แขนของไมเคิลสันยาว 1.2 m และการเลื่อนจมหายไปในสัญญาณรบกวน ในปี 1887 กระจกส่งแสงไปกลับ 16 ครั้ง ได้ระยะ 11 m

การเลื่อนที่คาดไว้

—

—

การเลื่อนที่เห็น

—

—

มุมของแผ่นหิน

—

—

อัตราเร็วในอีเทอร์ ไม่เกิน

—

—

กราฟ · การเลื่อนตามมุม ตามอัตราเร็ว และความแม่นยำตลอดหนึ่งศตวรรษ

02 · การแปลงหน่วย

สัดส่วนของอัตราเร็วแสง β = v/c

อีเทอร์ไม่มีหน่วย จึงแปลงอัตราเร็วที่ตามหาแทน การเลื่อนของริ้วในอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์เพิ่มตาม β² คือกำลังสองของสัดส่วนเทียบกับอัตราเร็วแสง อัตราเร็วของโลกในวงโคจรคือ β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸

ทุกวันนี้ไม่มีใครวัดอัตราเร็ว «เทียบกับอีเทอร์» อีกแล้ว มีเพียงการเคลื่อนที่เทียบกับรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล: ดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่านมันด้วยอัตราเร็ว 370 km/s แต่นั่นเป็นการเคลื่อนที่ที่มองเห็น ไม่ใช่ลมของตัวกลาง

03 · อันดับของขนาด

การเบี่ยงของอัตราเร็วแสง Δc/c — สิ่งที่การทดลองพยายามจับ ตั้งแต่ 10⁻¹⁸ ถึง 10⁻⁴

04 · เครื่องมือวัด

อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์

ตัวแยกลำแสง แขนสองข้าง กระจกสองบาน ลำแสงมาบรรจบกันเกิดเป็นริ้ว และการเลื่อนเพียงหนึ่งในสิบของริ้วก็มองเห็นได้ด้วยตา หลักการเดียวกันนี้ใช้ในเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง เพียงแต่แขนที่นั่นยาวข้างละ 4 km

การคลาดของแสงดาว

ในปี 1727 แบรดลีย์พบว่าดาวฤกษ์วาดวงรีเล็ก ๆ ตลอดปี ขนาด 20.5 พิลิปดา ต้องเอียงกล้องไปตามทิศที่โลกเคลื่อนที่ เหมือนเอียงร่มกลางฝน นี่คือการวัด β = 10⁻⁴ ครั้งแรก

การทดลองน้ำไหลของฟีโซ

ในปี 1851 ฟีโซส่งแสงผ่านน้ำที่ไหลตามและสวนทางแสง แสงถูกกระแสน้ำพาไปไม่เต็มที่ แต่มีตัวคูณ 1 − 1/n² เฟรเนลอธิบายว่าเป็นการลากอีเทอร์บางส่วน ทฤษฎีสัมพัทธภาพได้ตัวเลขเดียวกันจากการรวมความเร็ว

โพรงสั่นพ้องเชิงแสง

การทดลองแบบไมเคิลสันในปัจจุบัน: โพรงสั่นพ้องผลึกสองชุดวางตั้งฉากกันบนโต๊ะหมุน เลเซอร์ถูกล็อกกับความถี่ของแต่ละโพรง ความถี่ไม่ต่างกันจนถึงระดับ 10⁻¹⁷ — แม่นยำกว่าปี 1887 หนึ่งร้อยล้านเท่า

05 · กฎการเขียน

ถูก

c = 299 792 458 m/s — พอดี ไม่มีความคลาดเคลื่อน

«อีเทอร์นำแสง» — ศัพท์ทางประวัติศาสตร์ ในบริบทศตวรรษที่สิบเก้า

ΔN = 0.37 — การเลื่อนของริ้วที่ไมเคิลสันและมอร์ลีย์คาดไว้

β = v/c, γ = 1/√(1−β²)

ผิด

«อัตราเร็วเทียบกับอีเทอร์» — ในข้อความสมัยใหม่

c ≈ 3·10⁸ m/s ± … — c ไม่มีความคลาดเคลื่อนตั้งแต่ปี 1983

«การทดลองล้มเหลว» — มันให้ผลเป็นศูนย์อย่างชัดเจน

สับสนอีเทอร์นำแสงกับอีเทอร์ทางเคมี

06 · หน่วยข้างเคียง

โฟลจิสตันหายไปโดยไม่เหลืออะไร แคลอริกทิ้งแคลอรีไว้ อีเทอร์ทิ้งไว้มากที่สุด: สมการของแมกซ์เวลล์เขียนขึ้นสำหรับอีเทอร์ที่ยืดหยุ่น และอยู่รอดมาได้นานกว่ามัน ส่วนอัตราเร็วแสงที่คงตัว ซึ่งทำให้อีเทอร์ถูกยกเลิก ก็กลายเป็นรากฐานของการวัดเสียเอง: เมตรนิยามผ่านมัน

07 · ภาคประวัติ

แผ่นหิน

บันทึกทางมาตรวิทยา

การทดลองปี 1887 เป็นแบบอย่างของการออกแบบการวัดให้สู้กับสัญญาณรบกวน แผ่นหินทรายลอยอยู่บนปรอทเพื่อให้หมุนได้โดยไม่สะเทือน สังเกตกันในห้องใต้ดิน ตอนเที่ยงและตอนเย็น อ่านค่าสิบหกตำแหน่งต่อรอบ คาดไว้ 0.4 ริ้ว ขณะที่ค่าที่อ่านได้กระจายราว 0.01

ผลเป็นศูนย์ให้ขอบเขตบน: อัตราเร็วของโลกผ่านอีเทอร์น้อยกว่าประมาณ 5—8 km/s หนึ่งร้อยปีต่อมา ความคงตัวของอัตราเร็วแสงกลายเป็นส่วนหนึ่งของนิยามเมตร ตั้งแต่ปี 1983 เมตรคือระยะที่แสงเดินทางได้ใน 1/299 792 458 วินาที

ริ้วในเลนส์ใกล้ตา

สารบัญปริมาณ

ดัชนีทั้งหมด →

รากฐาน · 7 หน่วย

หน่วยฐาน SI ทั้งเจ็ด

ดัชนี · ทุกปริมาณในหน้าเดียว

ห้องทดลองที่ทางเข้าดัชนี

กรดหยดเดียวเปลี่ยนสีน้ำผลไม้ เกลือย้อมสีเปลวไฟ น้ำแข็งตัวเมื่อถูกเคาะ ข้างใต้คือทุกหน้าของ Simetrium เรียงตามสาขาและตามลำดับอักษร

เปิดดัชนี →

08 · ภาษาของคุณ

ทุกลิงก์นำไปยังหน้าภาษาจริง

อ่านในภาษาของคุณ

แปลและตรวจทานแล้วคำแปลฉบับร่างรอคิว