Експериментът на Майкелсън-Морли е научен опит за установяване на наличието и свойствата на вещество, наречено етер - вещество, за което се смята, че запълва празното пространство. Експериментът е извършен от Алберт А. Майкелсън и Едуард Морли през 1887 г.

Тъй като вълните във водата се нуждаят от нещо, в което да се движат (вода), а звуковите вълни също (въздух), се смята, че светлината също се нуждае от нещо, в което да се движи. Учените от XVIII в. нарекли това вещество "етер" по името на гръцкия бог на светлината. Те вярвали, че етерът е навсякъде около нас и че той запълва и вакуума в пространството. Майкелсън и Морли създават този експеримент, за да се опитат да докажат теорията за съществуването на етера. Те правят това с помощта на устройство, наречено интерферометър.

Принцип на експеримента

Идеята на експеримента е следната: ако около Земята има стационарен етер, движението на планетата през този етер би трябвало да създава "етерен вятър" (аналогично на въздушен поток), който да променя скоростта на разпространение на светлината в зависимост от посоката. Майкелсън и Морли сравняват две перпендикулярни светлинни лъчи, които пътуват по две равни на дължина рамена на интерферометъра. При връщането си лъчите се съвместяват и образуват интерференчна картина (френджове). Ако има ефект от етерния вятър, при въртене на апарата или при промяна на движението на Земята би трябвало да се наблюдава изменение (изместване) на тези френджове.

Устройството — интерферометър

Интерферометърът на Майкелсън е класическа конструкция с разделител на лъча, огледала и екран за наблюдение на интерференчната картина. Светлинният лъч се разделя на две, които се отразяват от огледала и се връщат, за да се съвместят отново. За да се увеличи пътят на светлината и чувствителността, Майкелсън и Морли използват множество отражения по рамената. Апаратът е проектиран да измерва много малки разлики във времето на преминаване, които биха се проявили като изместване на интерференчните френджове.

Резултатът

Въпреки високата чувствителност на уреда, Майкелсън и Морли не откриват очакваното изместване на френджовете — резултатът е близък до нулата. Това означава, че експериментът не потвърждава наличието на пасивен, земно-стационарен етер, който да влияе на скоростта на светлината по описания начин.

Последствия и интерпретации

Нулевият резултат от експеримента предизвиква голямо дискутиране и води до няколко важни теоретични развития:

  • Опитът подхранва предложенията за корекции към механиката на етерната теория — например хипотезата за съкращение на дължините (Фицджералд, Лоренц), която би могла да маскира очаквания ефект.
  • Резултатът е една от предпоставките за появата на по-радикално преразглеждане на пространството и времето: през 1905 г. Алберт Айнщайн формулира Теорията на специалната относителност, която премахва необходимостта от етер и приема скоростта на светлината за константа във всички инерциални системи.
  • Експериментът укрепва развитието на прецизните оптични измервания и интерферометрията като метод за научни изследвания — област, в която Майкелсън продължава да допринася и поради която получава Нобелова награда за физика през 1907 г.

По-нататъшни повторения и модерни тестове

След 1887 г. експериментът е повтарян и усъвършенстван многократно с нарастване на точността. По-късни и по-прецизни интерферометрични тестове, както и съвременни експерименти (например с лазерни интерферометри и оптични клокове), продължават да намират съвместимост с принципите на специалната относителност и отсъствие на било какъв измерим етерен вятър.

Експериментът на Майкелсън и Морли остава ключов момент в историята на физиката като експеримент, който поставя под въпрос устоите на класическата теория и подпомага прехода към модерната физика.