Experimentele Rayleigh și Brace

Experimentele Rayleigh și Brace  au fost experimente efectuate în 1902 și 1904 pentru a arăta dacă scurtarea lungimii duce sau nu la birefringență . Acestea au fost printre primele experimente optice care au măsurat mișcarea relativă a Pământului și a eterului luminifer și au fost suficient de precise pentru a detecta cantități de ordinul doi în v / c . Rezultatele au fost negative, ceea ce a fost de mare importanță pentru dezvoltarea transformărilor Lorentz și, prin urmare , a teoriei relativității . Vezi și Verificarea experimentală a relativității speciale .

Experiențe

Pentru a explica rezultatul negativ al experimentului Michelson-Morley, George Fitzgerald (1889) și Hendrik Lorentz (1892) au introdus ipoteza contracției lungimii , conform căreia corpul se contractă în timpul mișcării sale printr-un eter fix .

Lord Rayleigh (1902) a interpretat această compresie ca compresie mecanică, care ar trebui să aibă ca rezultat anizotropia optică a materialelor, astfel încât indici diferiți de refracție ar trebui să provoace birefringență . Pentru a măsura acest efect, a așezat un tub lung de 76 cm pe o placă turnantă. Tubul a fost închis la capete cu sticlă și umplut cu disulfură de carbon sau apă, iar lichidul se afla între două prisme Nicol . Prin lichid, lumina (radiată de o lampă electrică și, mai important, de lumina reflectoarelor ) era trimisă înainte și înapoi. Experimentul a fost suficient de precis pentru a măsura întârziereaunu6000de la jumătatea lungimii de undă , adică aproximativ 1,2⋅10 -10 . În funcție de direcția față de mișcarea Pământului, decelerația așteptată din cauza birefringenței a fost de ordinul 10 -8 , ceea ce a fost destul de în concordanță cu acuratețea experimentului. Astfel, pe lângă experimentele lui Michelson-Morley și Troughton-Noble , acesta a fost unul dintre puținele experimente prin care a fost posibil să se detecteze cantități de ordinul doi în v/c. Cu toate acestea, rezultatul a fost complet negativ. Rayleigh a repetat experimentele cu straturi de plăci de sticlă (deși cu o precizie redusă de 100 de ori) și a obținut din nou un rezultat negativ [1] .

Cu toate acestea, aceste experimente au fost criticate de DeWitt Bristol Brace (1904). El a susținut că Rayleigh nu a luat în considerare în mod corespunzător efectele compresiei ( 0,5⋅10 -8 în loc de 10 -8 ) precum și indicele de refracție, astfel încât rezultatele nu au fost concludente. Prin urmare, Brace a efectuat experimente cu o precizie mult mai mare. A folosit un aparat care avea 4,13 m lungime, 15 cm lățime și 27 cm adâncime, care era umplut cu apă și se putea roti (în funcție de tipul de experiment) în jurul unei axe verticale sau orizontale. Lumina soarelui a fost direcționată în apă printr-un sistem de lentile, oglinzi și prisme reflectorizante și reflectată de 7 ori, astfel încât a parcurs un total de 28,5 m. Astfel, s-a observat o întârziere de ordinul 7,8⋅10 -13 . Cu toate acestea, Brace a primit și un rezultat negativ. O altă configurație experimentală cu sticlă în loc de apă, cu o precizie de 4,5⋅10 -11 , nu a arătat nici un semn de birefringență [2] .

Absența birefringenței a fost interpretată inițial de Brace ca o respingere a contracției lungimii. Cu toate acestea, Lorentz (1904) și Joseph Larmor (1904) au arătat că atunci când ipoteza contracției este susținută și este utilizată transformarea Lorentz completă ( adică, inclusiv transformarea în timp), rezultatul negativ poate fi explicat. În plus, dacă principiul relativității este considerat de la început adevărat, ca în teoria relativității speciale a lui Albert Einstein (1905), atunci rezultatul este destul de clar, deoarece un observator în mișcare de translație uniformă se poate considera în repaus, și prin urmare nu va experimenta niciun efect din propria mișcare. Astfel, scurtarea lungimii nu poate fi măsurată de un observator comov și trebuie completată de o dilatare a timpului pentru observatorii necooperanți, care a fost ulterior confirmată și de experimentele lui Troughton-Rankin (1908) și experimentul lui Kennedy-Thorndike. (1932) [3] [4 ] [A 1] [A 2] .

Note

1. ↑ Lord Rayleigh (1902). „ Mișcarea prin eter provoacă dublă refracție? ". Revista Filosofică . 4 : 678-683. DOI : 10.1080/14786440209462891 .
2. ↑ Brace, DeWitt Bristol (1904). „ Despre dubla refracție în materie care se mișcă prin eter ”. Revista Filosofică . 7 (40): 317-329. DOI : 10.1080/14786440409463122 .
3. ↑ Lorentz, Hendrik Antoon (1904), Fenomene electromagnetice într-un sistem care se mișcă cu orice viteză mai mică decât cea a luminii, Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences vol. 6: 809–831 
4. ↑ Larmor, Joseph (1904). „Despre absența constatată a efectelor mișcării prin eter, în relație cu constituția materiei și asupra ipotezei FitzGerald-Lorentz” (PDF) . Revista Filosofică . 7 (42): 621-625. DOI : 10.1080/14786440409463156 . Arhivat din original pe 30.01.2022 . Accesat 2022-01-30 . Parametrul depreciat folosit |deadlink=( ajutor )

1. ↑ Laub, Jakob (1910). „Uber die experimentellen Grundlagen des Relativitätsprinzips”. Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik . 7 : 405-463.
2. ↑ Whittaker, Edmund Taylor. O istorie a teoriilor eterului și electricității . — 1. Ausgabe. - Dublin: Longman, Green and Co., 1910.