Michelson-Morleyev pokus
Na osnovu spoznaja da su mehanički valovi širenje titranja kroz neko sredstvo, na prijelazu iz 19. u 20. stoljeće, vjerovalo se da se i elektromagnetski valovi moraju širiti kroz neko sredstvo.
Vjerovalo se da je svemir prožet nevidljivom tvari zvanom eter, koja apsolutno miruje i u kojoj se gibaju sva tijela u svemiru. Takav sustav je poseban prema svim drugim inercijskim sustavima.
Smatralo se da je inercijski sustav u kojem eter miruje poseban inercijski sustav u kojem vrijede Maxwellove jednadžbe elektromagnetizma i u kojem se svjetlost širi brzinom c.
Na prijelazu iz 19. u 20. stoljeće, vjerovalo se da se i elektromagnetski valovi moraju širiti kroz neko sredstvo.
To je zbog spoznaja da su mehanički valovi širenje titranja kroz neko sredstvo.
Vjerovalo se da je svemir prožet nevidljivom tvari zvanom eter.
Ona apsolutno miruje.
U njoj se gibaju sva tijela u svemiru.
Takav sustav je poseban prema svim drugim inercijskim sustavima.
Smatralo se da je inercijski sustav u kojem eter miruje poseban inercijski sustav:
- u kojem vrijede Maxwellove jednadžbe elektromagnetizma
- u kojem se svjetlost širi brzinom c.
Fizičari Albert A. Michelson i Edward W. Morley izveli su 1887. godine eksperiment u kojem su htjeli dokazati mirovanje etera, odnosno mjeriti relativnu brzinu etera u odnosu na Zemlju.
Ako eter apsolutno miruje, smatralo se da bi se mjerenjem brzine eterskog vjetra mogla izmjeriti brzina Zemlje kroz eter. Ovime se htjelo dokazati postojanje etera.
Brzina svjetlosti u odnosu na eter trebala bi biti stalna, dok bi promatrači koji se gibaju relativno u odnosu na eter trebali mjeriti različite brzine svjetlosti.
Fizičari Albert A. Michelson i Edward W. Morley izveli su 1887. godine eksperiment,
Htjeli su dokazati mirovanje etera, odnosno mjeriti relativnu brzinu etera u odnosu na Zemlju.
Ako eter apsolutno miruje, smatralo se da bi se mjerenjem brzine eterskog vjetra mogla izmjeriti brzina Zemlje kroz eter.
Ovime se htjelo dokazati postojanje etera.
Brzina svjetlosti u odnosu na eter trebala bi biti stalna.
Promatrači koji se gibaju relativno u odnosu na eter trebali bi mjeriti različite brzine svjetlosti.
Izravna mjerenja brzine svjetlosti dovoljne točnosti nisu bila moguća. Michelson i Morley su razlike u brzinama svjetlosti u različitim prostornim smjerovima izveli na sljedeći način: pokušali su odrediti razliku u brzini dva svjetlosna snopa, od kojih je jedan dolazio iz smjera orbitalnog gibanja Zemlje oko Sunca, a drugi iz smjera okomitom u odnosu na Zemljino gibanje. Svjetlosni snop, koji dolazi iz smjera gibanja Zemlje, kreće se u suprotnom smjeru od Zemljinog relativong gibanja u odnosu na eter pa bi mu brzina morala biti manja od brzine drugog svjetlosnog snopa.
Izravna mjerenja brzine svjetlosti nedovoljne točnosti nisu bila moguća.
Micheson i Morley su razlike u brzinama svjetlosti u različitim prostornim smjerovima izveli na sljedeći način:
- pokušali su odrediti razliku u brzini dva svjetlosna snopa,
- od kojih je jedan dolazio iz smjera orbitalnog gibanja Zemlje oko Sunca,
- drugi je dolazio iz smjera okomitom u odnosu na Zemljino gibanje.
Svjetlosni snop, koji dolazi iz smjera gibanja Zemlje, kreće se u suprotnom smjeru od Zemljinog relativong gibanja u odnosu na eter.
Stoga bi mu brzina morala biti manja od brzine drugog svjetlosnog snopa.
Za provedbu pokusa upotrijebljen je Michelsonov interferometar. Michelsonov interferometar je uređaj koji razdvaja zraku svjetlosti na dvije koje imaju odvojene putanje te se ponovo sastaju na detektoru. Inteferometar, kojeg je konstruirao Michelson, sastoji se od koherentnog izvora svjetlosti, djelitelja snopa (polupropusno zrcalo), dva zrcala i detektora. Na slici je prikazan shematski prikaz pokusa.
Za provedbu pokusa upotrijebljen je Michelsonov interferometar.
Michelsonov interferometar je uređaj koji razdvaja zraku svjetlosti na dvije koje:
- imaju odvojene putanje
- ponovo se sastaju na detektoru.
Inteferometar, kojeg je konstruirao Michelson, sastoji se od:
- koherentnog izvora svjetlosti
- djelitelja snopa (polupropusno zrcalo)
- dva zrcala
- detektora.
Na slici je prikazan shematski prikaz pokusa.
Na detektoru nije očitan pomak interferentnih pruga. Svjetlost je uvijek imala istu brzinu!
Uz niz ponavljanja i precizna mjerenja, pokus je pokazao da eter ne postoji, jer je uvijek izmjerena ista brzina svjetlosti bez obzira giba kako se giba Zemlja, ususret ili od svjetlosti. U svim inercijskim sustavima brzina svjetlosti je ista. Svjetlost ne treba medij da bi se širila.
Na temelju rezultata Michelson Morleyeva pokusa Albert Einsten 1905. objavljuje specijalnu teoriju relativnosti koja ukida eter kao medij širenja svjetlosti i postulira neovisnost brzine svjetlosti o brzini gibanja promatrača.
Na detektoru nije očitan pomak interferentnih pruga.
Svjetlost je uvijek imala istu brzinu!
Uz niz ponavljanja i precizna mjerenja, pokus je pokazao da eter ne postoji.
To pokazano jer je uvijek izmjerena ista brzina svjetlosti bez obzira kako se giba Zemlja, ususret ili od svjetlosti.
U svim inercijskim sustavima brzina svjetlosti je ista.
Svjetlost ne treba medij da bi se širila.
Na temelju rezultata Michelson Morleyeva pokusa Albert Einsten 1905. objavljuje specijalnu teoriju relativnosti.
Specijalna teroija relativnosti:
- ukida eter kao medij širenja svjetlosti
- postulira neovisnost brzine svjetlosti o brzini gibanja promatrača.
Einsteinovi postulati
Einsteinova teorija relativnosti donosi bitne promjene u odnosu na Galilejevu teoriju, a sastoji se od dva načela:
Einsteinova teorija relativnosti donosi bitne promjene u odnosu na Galilejevu.
Sastoji se od dva načela.
- načelo - relativnost gibanja: Sve fizikalne pojave u svim inercijalnim sustavima, uz jednake početne uvjete, odvijaju se jednako.
- načelo – konstantnost brzine svjetlost: Brzina svjetlosti u vakuumu jednaka je u svim smjerovima i u svakom dijelu promatranog inercijalnog sustava, ali i u svim inercijalnim referentnim sustavima.
Za brzinu svjetlosti ne vrijedi Galilejeva transformacija brzina!
Zašto zbrajanje brzina ne vrijedi?
Problem je u istodobnosti.
Pretpostavka Galilejevih transformacija je Δt=Δt´.
1. načelo - relativnost gibanja:
Sve fizikalne pojave u svim inercijalnim sustavima, uz jednake početne uvjete, odvijaju se jednako.
2. načelo – konstantnost brzine svjetlost:
Brzina svjetlosti u vakuumu jednaka je u svim smjerovima i u svakom dijelu promatranog inercijalnog sustava, ali i u svim inercijalnim referentnim sustavima.
1. načelo - relativnost gibanja:
Sve fizikalne pojave u svim inercijalnim sustavima odvijaju se jednako uz jednake početne uvjete.
2. načelo – konstantnost brzine svjetlost:
Brzina svjetlosti u vakuumu jednaka je u svim smjerovima i u svakom dijelu promatranog inercijalnog sustava, ali i u svim inercijalnim referentnim sustavima.
Za brzinu svjetlosti ne vrijedi Galilejeva transformacija brzina!
Zašto zbrajanje brzina ne vrijedi? Problem je u istodobnosti.
Pretpostavka Galilejevih transformacija je jednaka duljina trajanja istog događaja, mjereno u sustavima S i S´: Δt=Δt´.
Za brzinu svjetlosti ne vrijedi Galilejeva transformacija brzina!
Zašto zbrajanje brzina ne vrijedi?
Problem je u istodobnosti.
Pretpostavka Galilejevih transformacija je jednaka duljina trajanja istog događaja, mjereno u sustavima S i S´: Δt=Δt´.
Relativnost istodobnosti
U teoriji relativnosti, jesu li događaji istovremeni ovisi o sustavu motrenja u kojem se nalazimo.
Na ilustraciji je prikazan motritelj koji se nalazi u sredini vagona koji miruje. Iznad motriteja postavljena je svjetiljka. Na suprotnim krajevima vagona nalaze se vrata, koja se otvaraju u trenutku kad do njih stigne svjetlost nastala pri uključivanju svjetiljke.
U teoriji relativnosti, jesu li događaji istovremeni ovisi o sustavu motrenja u kojem se nalazimo.
Na ilustraciji je prikazan motritelj koji se nalazi u sredini vagona koji miruje.
Iznad motritelja postavljena je svjetiljka.
Na suprotnim krajevima vagona nalaze se vrata.
Ona se otvaraju u trenutku kad do njih stigne svjetlost nastala pri uključivanju svjetiljke.
Što će se dogoditi kad uključimo svjetiljku? Pogledajte animaciju.
Što će se dogoditi kad uključimo svjetiljku?
Pogledajte animaciju.
Relativnost istodobnosti 1
Vrata se za opažača koji miruje, u vlaku koji miruje, otvaraju istodobno.
Pogledajmo slučaj kad se vlak giba. Motritelj se nalazi izvan vlaka. On miruje u odnosu na površinu Zemlje.
Hoće li se vrata pri uključivanju svjetiljke istodobno otvoriti za motritelja izvan vlaka?
Vrata se za opažača koji miruje, u vlaku koji miruje, otvaraju istodobno.
Pogledajmo slučaj kada se vlak giba.
Motritelj se nalazi izvan vlaka.
On miruje u odnosu na površinu Zemlje.
Hoće li se vrata pri uključivanju svjetiljke istodobno otvoriti za motritelja izvan vlaka?
Relativnost istodobnosti 2
Dva događaja koja jedan motritelj u svome inercijalnom sustavu vidi kao istodobne, za motritelja u drugom sustavu nisu istodobni.
Istodobnost je relativna.
Dva događaja koja jedan motritelj u svome inercijalnom sustavu vidi kao istodobne, za motritelja u drugom sustavu nisu istodobni.
Istodobnost je relativna.
U vlaku koji se giba brzinom v, u smjeru gibanja vlaka, odaslan je svjetlosni puls. Kolika je njegova brzina s obzirom na motritelja koji miruje na površini zemlje, ako primijenite Galilejeve transformacije?
U vlaku koji se giba brzinom v, u smjeru gibanja vlaka, odaslan je svjetlosni puls.
Kolika je njegova brzina s obzirom na motritelja koji miruje na površini zemlje?
Pritom primijenite Galilejeve transformacije.
Motritelj bi odredio brzinu svjetlosnog pulsa:
u=c+v
Galilejeve transformacije su u suprotnosti s eksperimentalnim činjenicama.
Galilejeve transformacije su u suprotnosti s eksperimentalnim činjenicama.