Ê-te truyền sáng
Cleveland, tháng Bảy năm 1887. Michelson và Morley đặt một phiến đá lên đệm thủy ngân, dựng gương lên đó và quay thật chậm. Trái Đất bay quanh Mặt Trời với tốc độ 30 km/s, và nếu ánh sáng là sóng trong ê-te đứng yên, gió ê-te thổi ngược chiều phải làm vân trong thị kính dịch đi 0,4 vân. Hai ông chờ độ dịch ấy. Nó đã không xuất hiện.
Người ta nghĩ ra ê-te vì sóng cần môi trường. Âm thanh đi trong không khí, sóng nước đi trong nước — vậy ánh sáng phải đi trong một thứ gì đó lấp đầy khoảng trống. Ê-te phải cứng hơn thép để mang được những sóng nhanh đến vậy, mà lại không cản trở các hành tinh. Thí nghiệm năm 1887 cho thấy ánh sáng truyền như nhau theo mọi hướng, dù Trái Đất bay thế nào. Năm 1905, Einstein biến điều đó thành định luật, và ê-te trở nên thừa.
| Ký hiệu | aether · luminiferous aether · không có ký hiệu |
| Đã tìm thế nào | theo tốc độ của Trái Đất xuyên qua ê-te — qua độ dịch của vân giao thoa |
| Điều được giả định | môi trường đứng yên · tốc độ ánh sáng phụ thuộc chuyển động của người quan sát |
| Ra đời và bị bỏ | Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson và Morley, 1887 · Einstein, 1905 |
| Cách viết ngày nay | c = 299 792 458 m/s chính xác, từ năm 1983 — theo định nghĩa mét |
| Giá trị điển hình | 0,37 vân — điều chờ đợi năm 1887 · dưới 0,01 — điều thấy được · 10⁻¹⁷ — độ chính xác ngày nay |
01 · Định nghĩa
Môi trường cho ánh sáng chạy qua
Nếu ánh sáng là sóng trong ê-te, nó có tốc độ so với ê-te, c. Người quan sát bay xuyên qua ê-te phải thấy ánh sáng nhanh hơn khi đi ngược chiều mình và chậm hơn khi đuổi theo mình. Trái Đất bay quanh Mặt Trời với tốc độ 30 km/s — một phần mười nghìn của c. Chính hiệu số ấy là thứ người ta muốn bắt được.
Một hiệu chỉnh nhỏ như thế không thể đo trực tiếp. Michelson so sánh hai đường đi của ánh sáng: dọc theo gió và ngang gió. Giống như một người bơi xuôi ngược trên sông và một người bơi ngang sông rồi quay lại: bơi dọc dòng nước tốn thời gian hơn. Chênh lệch là bình phương của một tỉ số nhỏ, (v/c)² = 10⁻⁸. Giao thoa làm cho nó hiện ra: lệch đi một phần nhỏ của bước sóng là các vân sáng đã dịch chuyển.
Ai về trước
Con sông rộng L chảy từ trái sang phải, mũi tên tím nhạt là dòng nước. Hai người bơi cùng tốc độ c: người màu vàng kim bơi dọc sông rồi quay lại, người màu xanh da trời bơi ngang sang bờ bên kia rồi quay lại. Các thanh bên dưới là thời gian đi của họ. Người bơi ngang luôn về trước. Cũng vậy, chùm sáng đi ngang gió ê-te lẽ ra phải về trước chùm sáng đi dọc theo gió.
Quay phiến đá và nhìn vào thị kính
Thao tác chính chỉ có một — nút «Quay phiến đá». Phiến đá nổi trên thủy ngân và quay chậm. Ở giữa có thể thấy nó từ trên xuống: đèn vàng kim, các chùm sáng xanh da trời đi tới gương ở đầu các nhánh, mỗi nhánh 16 lần phản xạ, tổng quãng đường 11 m. Các vạch tím nhạt là gió ê-te, tốc độ của nó do thanh trượt quy định. Bên phải là thị kính: vân sáng và vân tối. Nếu có ê-te, các vân phải dao động khi phiến đá quay. Dưới thị kính là đồ thị: đường cong tím nhạt là độ dịch theo thuyết ê-te, các chấm vàng kim là những gì nhìn thấy. Công tắc «Thế giới có ê-te / Thế giới năm 1887» cho xem cả hai câu trả lời.
—
02 · Quy đổi
Ê-te không có đơn vị, nên ta quy đổi tốc độ mà người ta đã tìm. Độ dịch vân trong giao thoa kế tăng theo β², bình phương tỉ số với tốc độ ánh sáng. Tốc độ của Trái Đất trên quỹ đạo là β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.
Ngày nay không tốc độ nào được đo «so với ê-te». Chỉ có chuyển động so với bức xạ phông vi sóng vũ trụ: Mặt Trời đi xuyên qua nó với tốc độ 370 km/s, nhưng đó là chuyển động biểu kiến, không phải gió của một môi trường.
| {n} | {v} | {note} |
03 · Bậc độ lớn
04 · Dụng cụ đo
05 · Quy tắc viết
06 · Các đơn vị lân cận
Nhiên tố (phlogiston) biến mất không để lại gì, chất nhiệt để lại calo. Ê-te để lại nhiều hơn cả: các phương trình Maxwell được viết cho một ê-te đàn hồi, và chúng sống lâu hơn nó. Còn tốc độ ánh sáng không đổi, thứ đã xóa bỏ ê-te, lại trở thành nền tảng của phép đo: mét được định nghĩa qua nó.
07 · Phần lịch sử
Thí nghiệm năm 1887 là hình mẫu về cách đặt phép đo chống lại nhiễu. Phiến đá sa thạch nổi trên thủy ngân để có thể quay mà không bị rung. Người ta quan sát dưới tầng hầm, vào buổi trưa và buổi tối, mười sáu lần đọc mỗi vòng quay. Chờ đợi 0,4 vân, còn độ phân tán của các số đọc khoảng 0,01.
Kết quả bằng không cho một giới hạn trên: tốc độ Trái Đất xuyên qua ê-te nhỏ hơn khoảng 5—8 km/s. Một trăm năm sau, sự không đổi của tốc độ ánh sáng trở thành một phần của định nghĩa mét. Từ năm 1983, mét là quãng đường ánh sáng đi được trong 1/299 792 458 giây.
Danh mục đại lượng
toàn bộ chỉ mục →Bảy đơn vị cơ sở của SI
Một giọt axit đổi màu nước ép, muối nhuộm màu ngọn lửa, nước đóng băng sau một cú gõ. Bên dưới là mọi trang của Simetrium, theo ngành và theo thứ tự chữ cái.
Mở chỉ mục →