تاريخ تجربة ميشيلسون مورلي

كانت تجربة ميشيلسون مورلي محاولة لقياس حركة الأرض من خلال الأثير المضيء. على الرغم من أنها تسمى غالبًا تجربة Michelson-Morley ، إلا أن العبارة تشير في الواقع إلى سلسلة من التجارب التي أجرتها ألبرت ميشيلسون في عام 1881 ثم مرة أخرى (بمعدات أفضل) في جامعة كيس ويسترن في عام 1887 مع الكيميائي إدوارد مورلي. على الرغم من أن النتيجة النهائية كانت سلبية ، إلا أن مفتاح التجربة هو أنه فتح الباب لتفسير بديل لسلوك الضوء الغريب الذي يشبه الموجة.

بحلول نهاية القرن التاسع عشر ، كانت النظرية السائدة لكيفية عمل الضوء هي أنها موجة من الطاقة الكهرومغناطيسية ، بسبب تجارب مثل تجربة يونغ الشق المزدوج.

المشكلة هي أن الموجة يجب أن تتحرك من خلال نوع من الوسط. يجب أن يكون هناك شيء للقيام بالتلويح. كان من المعروف أن الضوء يسافر عبر الفضاء الخارجي (الذي يعتقد العلماء أنه فراغ) ويمكنك حتى إنشاء غرفة فراغ و سلط الضوء من خلاله ، لذا أوضحت جميع الأدلة أن الضوء يمكن أن يتحرك عبر منطقة دون أي هواء أو مادة أخرى.

للتغلب على هذه المشكلة ، افترض الفيزيائيون أن هناك مادة تملأ الكون بأكمله. أطلقوا على هذه المادة الأثير المضيء (أو في بعض الأحيان الأثير المضيء ، على الرغم من أن هذا يبدو وكأنه مجرد نوع من إلقاء المقاطع الصوتية والأحرف المتحركة).

جاء كل من Michelson و Morley (ربما في الغالب Michelson) بفكرة أنه يجب أن تكون قادرًا على قياس حركة الأرض من خلال الأثير. كان يعتقد عادة أن الأثير غير متحرك وثابت (باستثناء ، بالطبع ، للاهتزاز) ، لكن الأرض كانت تتحرك بسرعة.

فكر في وقت تعليق يدك خارج نافذة السيارة أثناء القيادة. حتى لو لم تكن عاصفة ، فإن حركتك الخاصة تجعلها بدا عاصف. يجب أن ينطبق الشيء نفسه على الأثير. حتى لو كان ثابتًا ، نظرًا لأن الأرض تتحرك ، فإن الضوء الذي يسير في اتجاه واحد يجب أن يتحرك بشكل أسرع مع الأثير من الضوء الذي يسير في الاتجاه المعاكس. في كلتا الحالتين ، طالما كان هناك نوع من الحركة بين الأثير والأرض ، كان يجب أن يكون قد خلق "رياح أثير" فعالة من شأنها إما دفعت أو أعاقت حركة الموجة الضوئية ، على غرار كيفية تحرك السباح بشكل أسرع أو أبطأ اعتمادًا على ما إذا كان يتحرك مع أو ضد تيار.

لاختبار هذه الفرضية ، صمم ميشيلسون ومورلي (مرة أخرى ، غالبًا ميشيلسون) جهازًا يقوم بتقسيم الحزمة من الضوء وارتد عن المرايا بحيث تحرك في اتجاهات مختلفة وضرب نفسه في النهاية استهداف. كان المبدأ في العمل أنه إذا قطعت شعاعان نفس المسافة على طول مسارات مختلفة عبر الأثير ، فيجب أن يتحركا بسرعات مختلفة وبالتالي عندما تصطدم بالشاشة المستهدفة النهائية ، تكون هذه الحزم الضوئية خارج الطور قليلاً مع بعضها البعض ، مما يخلق أ معترف بها التشوش نمط. لذلك ، أصبح هذا الجهاز معروفًا باسم مقياس التداخل Michelson (الموضح في الرسم في أعلى هذه الصفحة).

كانت النتيجة مخيبة للآمال لأنهم لم يجدوا على الإطلاق أي دليل على التحيز النسبي للحركة الذي كانوا يبحثون عنه. بغض النظر عن المسار الذي سلكته الحزمة ، بدا أن الضوء يتحرك بنفس السرعة بالضبط. تم نشر هذه النتائج عام 1887. هناك طريقة أخرى لتفسير النتائج في ذلك الوقت وهي افتراض أن الأثير مرتبط بطريقة أو بأخرى لحركة الأرض ، ولكن لا يمكن لأحد أن يبتكر نموذجًا سمح بذلك إحساس.

في الواقع ، في عام 1900 الفيزيائي البريطاني أشار اللورد كلفن بشكل مشهور إلى أن هذه النتيجة كانت واحدة من "الغيوم" التي شابت فهمًا كاملًا للكون ، مع توقع عام بأنه سيتم حله في وقت قصير نسبيًا.

سوف يستغرق ما يقرب من 20 عاما (وعمل البرت اينشتاين) للتغلب على العوائق المفاهيمية اللازمة للتخلي عن نموذج الأثير تمامًا وتبني النموذج الحالي ، حيث يتم عرض الضوء ازدواجية موجة - جسيم.

العثور على النص الكامل لورقتهم المنشورة في طبعة 1887 من المجلة الأمريكية للعلوم، تمت أرشفته على الإنترنت في موقع AIP.