Michelson–Morleyjev eksperiment
<s>Michelson-Morleyjev pokus je najznačajniji i najutjecajniji pokus s takozvanim nultim rezultatom u povijesti znanosti, izveden 1887. u Clevelandu u suradnji A. A. Michelsona i E. W. Morleyja.</s>

<s>Pokus je bio namijenjen utvrđivanju relativne brzine gibanja Zemlje u odnosu na eter, hipotetičko sredstvo kojim se, kako se vjerovalo, šire valovi svjetlosti.</s><s>Tijekom pokusa osjetljivi Michelsonov interferometar indirektno je uspoređivao duljine putova svjetlosti, koja se gibala u dva međusobno okomita smjera: u smjeru gibanja Zemlje oko Sunca i okomito na taj smjer.</s><s>Ideja pokusa bila je jednostavna: ako je brzina svjetlosti stalna s obzirom na pretpostavljeni eter kroz koji se Zemlja giba, onda bi se njezino gibanje moglo utvrditi uspoređivanjem brzine svjetlosti u smjeru gibanja Zemlje, gdje bi trebalo doći do zbrajanja brzine svjetlosti i brzine gibanja Zemlje, s brzinom svjetlosti pod pravim kutom prema smjeru gibanja Zemlje.</s><s>Međutim, razlike nije bilo, otuda naziv nulti rezultat.</s><s>Izostanak tog učinka obesnažio je stoljetnu teoriju o postojanju etera i pridonio spoznaji kako je brzina svjetlosti univerzalna konstanta.</s>

<s>Premda nije pouzdano potvrđeno da je Albert Einstein u oblikovanju teorije relativnosti 1905. pošao baš od toga rezultata, pokus je omogućio prihvaćanje nove fizike i novih pojmova prostora i vremena u usporedbi s klasičnom Newtonovom fizikom.</s>

<s>Pozadina</s>

<s>Životnim dijelom A. J. Fresnela bila je svjetlost spoznata kao valno kretanje.</s><s>S valnom teorijom svjetlosti započele su bezbrojne spekulacije o svojstvima medija kojim se širi svjetlost.</s><s>Iz svojstva svjetlosti nadali su se fizičari konstruirati fizikalnu prirodu etera.</s><s>Približnu sliku etera daju tekućine i kruta tijela sa svojim deformacijama i titrajima.</s><s>Idealna tekućina, to jest bez trenja, ne daje gibanju mehaničkih tijela nikakav otpor, pa se u njoj tijela kreću s jednolikom brzinom.</s><s>To svojstvo tekućine mora imati i eter jer se u njemu kreću planeti, zvijezde, makroskopski predmeti, atom, bez prestanka, po načelu tromosti (inercije).</s><s>S druge strane, svjetlost je transverzalno valno širenje - vrsta valnog gibanja koje je moguće samo u krutim tijelima.</s><s>Eter bi morao imati izvanredno malu gustoću, a uz to elastičnost krutoga tijela.</s><s>Jedno s drugim bilo je teško spojiti.</s><s>Teorija elastičnog etera, koju su s tolikim naporima razvijali najveći matematičari i fizičari (S. D. Poisson, A. J. Fresnel, A. L. Cauchy, G. Green, J. von Neumann), nailazila je na nepremostive poteškoće.</s><s>I M. Faraday i J. C. Maxwell pokušali su elektromagnetizmu staviti kao osnovu deformacije mehaničkog etera.</s><s>Tim samim gubio je eter sve više mehanička svojstva.</s><s>Svojstva etera postojala su sve apstraktnija.</s><s>Protivno instinktivnom osjećaju čovjeka, dalji razvoj kretao se u pravcu potpunog sloma mehaničkih objašnjenja elektromagnetskih pojava.</s>

<s>Eteru možemo pripisivati mehanička svojstva kakva god hoćemo, no jedno mora uvijek imati - to je određeno stanje gibanja.</s><s>Uopće možemo smatrati, da eter miruje, pa tako možemo sva gibanja mehaničkih tijela odnositi prema tome mirnom sustavu.</s><s>Svjetlost je širenje eternih deformacija, kao što je na primjer zvuk širenje akustičkih titraja zraka.</s><s>Svjetlost ima u eteru konstantnu brzinu.</s><s>Prema tome, motritelji, koji se kreću prema eteru moraju nužno mjeriti različite brzine svjetlosti.</s><s>Brzina nekog gibanja ovisi o vlastitoj motritelja koji tu brzinu mjeri.</s><s>Zrakoplov ima za mene drukčiju brzinu, ako jurim za njim u autu, nego kad stojim na zemlji.</s><s>Zamislimo jureći brzi vlak s 3 putnika, od kojih se prvi nalazi na početku vlaka, drugi u sredini, a treći na kraju.</s><s>Neka sada srednji putnik dade pištaljkom zvučni signal.</s><s>Zvuk ima konstantnu brzinu u zraku, 330 m/s. Uzmimo da vlak juri juri brzinom od 30 m/s. Kada je srednji putnik dao zvučni signal, zvuk se počeo jednoliko širiti zrakom i dopro je do ostala dva putnika.</s><s>Brzine zvuka, koje će ta dva putnika mjeriti, neće biti iste.</s><s>Prvi putnik sprijeda udaljuje se vlakom od zvuka, dok putnik na kraju vlaka juri  ususret zvučnim valovima.</s><s>Prednji će mjeriti brzinu zvuka od 300 m/s, a stražnji od 360 m/s. Vlastite njihove brzine odbijaju se, odnosno zbrajaju brzini zvuka.</s><s>Isto bi to trebalo da vrijedi i za svjetlost, ako je valno gibanje mehaničkog etera.</s><s>Mjereći različite brzine svjetlosti, motritelji bi izravno mogli utvrditi svoje relativne brzine prema eteru.</s><s>Gibanje Zemlje kroz mirni eter bila bi vjerna slika gibanja vlaka kroz zrak.</s>

<s>Pokusi</s>

<s>Godine 1887. izveo je Michelson svestrane pokuse, da utvrdi gibanje Zemlje prema eteru.</s><s>Rezultati mjerenja bili su negativni i začudili su fizičare.</s><s>Svjetlost je kod svih pokusa imala jednaku brzinu.</s><s>Ne može biti govora o nekom relativnom gibanju prema eteru.</s><s>Mi se možemo kretati kojim god brzinama hoćemo, mjerena brzina svjetlosti uvijek je ista.</s><s>Jasno je da je taj rezultat u suprotnosti sa svakim shvaćanjem mehaničkog etera.</s><s>Michelsonovi pokusi potresli su temelje klasične fizike.</s><s>Neovisnost jedne brzine o vlastitim brzinama motritelja ruši sve klasične prestave o zbrajanju brzina, o prostoru i vremenu.</s>

<s>Najvažnije pokuse izveo je Michelson interferometrom koji je sam konstruirao.</s><s>Predstava njegovog pokusa je vrlo jednostavna.</s><s>Iz izvora izlazi svjetlost i pada na polupropusnu ploču, gdje se jedan dio odbija (reflektira) okomito, a drugi prolazi u prvobitnom smjeru.</s><s>Obje zrake odbijaju se na zrcalima i vraćaju se do polupropusne ploče.</s><s>Duljine okomitih krakova između ploče i zrcala su jednake.</s><s>Sjedinjene zrake ulaze u dalekozor, gdje se motri interferencija.</s>

<s>Zamislimo da je Michelsonov interferometar tako postavljen da os aparata - pravac od izvora do ploče - leži u smjeru gibanja Zemlje kroz eter.</s><s>Ako ispustimo zajednički put svjetlosti, tad jedna zraka ide od propusne ploče do zrcala u smjeru gibanja Zemlje, a od zrcala do propusne ploče u suprotnom smjeru.</s><s>Izračunajmo vrijeme što ga svjetlost treba za taj put.</s><s>Svjetlost se u eteru širi s konstantnom brzinom c. Brzinu Zemlje označimo sa v. Svjetlost ne prevali, dakle, put d, koliko je dug krak interferometra, nego još put v∙t, za koliko odmakne zrcalo interferometra:</s>

<s>Iz te jednadžbe proizlazi vrijeme koje treba signal da u smjeru gibanja Zemlje prevali put d:</s>

<s>To možemo objasniti i zakonom o slaganju brzina (paralelogram vektora).</s><s>U sustavu interferometra ima svjetlost prema zrcalu relativnu brzinu c - v, pa joj je za prolaz duljine d potrebno upravo to vrijeme.</s><s>Kad se svjetlost vraća od zrcala, tada joj ploča dolazi u susret, pa signal prevali manji put od duljine d:</s>

<s>Odatle izlazi za vrijeme što ga signal treba da se vrati od zrcala do ploče:</s>

<s>Cjelokupno je vrijeme što ga signal potroši da prođe tamo i natrag paralelno s gibanjem Zemlje:</s>

<s>Približno je to jednako:</s>

<s>Razmotrimo sad svjetlosni signal koji se kreće uzduž kraka, okomito na smjer gibanja Zemlje.</s><s>Dok je svjetlosni signal došao do ploče zrcala, zrcalo se pomaklo okomito na krak za v∙t":</s>

<s>Odatle izlazi vrijeme za put svjetlosnog signala po kraku, okomitom na smjer gibanja:</s>

<s>Cjelokupno vrijeme koje svjetlost treba da prođe put od ploče do zrcala i natrag iznosi:</s>

<s>Približno je to jednako:</s>

<s>Sjedinjene zrake svjetlosti ulaze, dakle, u dalekozor s vremenskom razlikom:</s>

<s>Razlika u fazama titranja oba vala morala bi nužno izazvati interferencije.</s><s>Međutim, Michelsonovi pokusi su pokazali da nema ni traga ikakvoj interferenciji.</s><s>Kako god orijentirali krakove interferometra, zrake svjetlosti dolaze do dalekozora s istom fazom titranja.</s><s>Gibanje Zemlje kroz eter ne utječe nikako na brzinu svjetlosti.</s>

<s>Negativan ishod Michelsonovih pokusa bio je četvrt stoljeća jedna od najvećih zagonetki fizike.</s><s>Neobičnu hipotezu skraćivanja (kontrakcije) duljine u smjeru gibanja iznio je G. F. FitzGerald 1892.</s><s>Razlike nestaje, ako pretpostavimo da se duljine u smjeru gibanja skraćuju za faktor:</s>

<s>dok duljine okomite na smjer gibanja ostaju nepromijenjene.</s><s>Očito je da je ta hipoteza protivna svim mehaničkim predodžbama, jer su promjene oblika vezane s djelovanjem sila, a ne stanjem gibanja.</s><s>Hipotezu kontrakcije ptihvatio je odmah H. A. Lorentz, a potpuno je tek razjasnila teorija relativnosti.</s>

<s>Interferometar</s>

<s>Interferometar je mjerni instrument koji elektromagnetske ili mehaničke valove izvora prima s pomoću dvaju ili više objektiva (detektora) pa se s pomoću pruga interferencije valova provode precizna mjerenja.</s><s>Prvi interferometar primijenio je Thomas Young u pokusu (1805.) kojim je istraživao prirodu svjetlosti.</s><s>Značajan doprinos razvoju interferometara dao je Albert Abraham Michelson: on je s pomoću interferometra (1877.) pokušao izmjeriti brzinu svjetlosti, s Edwardom Williamsom Morleyem je (1887.) dokazao nepostojanje etera.</s><s>Unaprijedio je i optičke astronomske interforometre kojima je mjerio promjere zvijezda.</s><s>Polovicom 20. stoljeća, po načelima optičke interferometrije, konstruirani su radiointerferometri sastavljeni od dvaju i više radio teleskopa kojima je izbjegnuta gradnja velikih antena i znatno povećano kutno razlučivanje (dugobazična interferometrija).</s><s>Danas se optički interferometri široko koriste za brojne namjene u spektroskopiji, astronomiji, fizici, geodeziji i drugim znanostima, industriji i drugo.</s><s>Ultrazvučni interferometri omogućavaju precizno određivanje brzina ultrazvuka u tekućinama.</s>

<s>Izvori</s>

<s>Vanjske poveznice</s>

<s>Fizika
Naučni eksperimenti
Relativnost
Klasična mehanika
Pokusi iz fizike</s>

