Michelson–Morley experiment (1887)[

Michelson–Morley experiment (1887)[edit]





Wikisource has original text related to this article:
On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether (1887)






Figure 5. This figure illustrates the folded light path used in the Michelson–Morley interferometer that enabled a path length of 11 m. a is the light source, an oil lamp. b is a beam splitter. c is a compensating plate so that both the reflected and transmitted beams travel through the same amount of glass (important since experiments were run with white light which has an extremely short coherence length requiring precise matching of optical path lengths for fringes to be visible; monochromatic sodium light was used only for initial alignment[4][note 2]). d, d' and e are mirrors. e' is a fine adjustment mirror. f is a telescope.
In 1885, Michelson began a collaboration with Edward Morley, spending considerable time and money to confirm with higher accuracy Fizeau's 1851 experiment on Fresnel's drag coefficient,[5] to improve on Michelson's 1881 experiment,[1] and to establish the wavelength of light as a standard of length.[6][7] At this time Michelson was professor of physics at the Case School of Applied Science, and Morley was professor of chemistry at Western Reserve University (WRU), which shared a campus with the Case School on the eastern edge of Cleveland. Michelson suffered a nervous breakdown in September 1885, from which he recovered by October 1885. Morley ascribed this breakdown to the intense work of Michelson during the preparation of the experiments. In 1886, Michelson and Morley successfully confirmed Fresnel's drag coefficient – this result was also considered as a confirmation of the stationary aether concept.[A 1]

This result strengthened their hope of finding the aether wind. Michelson and Morley created an improved version of the Michelson experiment with more than enough accuracy to detect this hypothetical effect. The experiment was performed in several periods of concentrated observations between April and July 1887, in the basement of Adelbert Dormitory of WRU (later renamed Pierce Hall, demolished in 1962).[A 10][A 11]

As shown in Fig. 5, the light was repeatedly reflected back and forth along the arms of the interferometer, increasing the path length to 11 m (36 ft). At this length, the drift would be about 0.4 fringes. To make that easily detectable, the apparatus was assembled in a closed room in the basement of the heavy stone dormitory, eliminating most thermal and vibrational effects. Vibrations were further reduced by building the apparatus on top of a large block of sandstone (Fig. 1), about a foot thick and five feet square, which was then floated in a circular trough of mercury. They estimated that effects of about 0.01 fringe would be detectable.





Figure 6. Fringe pattern produced with a Michelson interferometer using white light. As configured here, the central fringe is white rather than black.
Michelson and Morley and other early experimentalists using interferometric techniques in an attempt to measure the properties of the luminiferous aether, used (partially) monochromatic light only for initially setting up their equipment, always switching to white light for the actual measurements. The reason is that measurements were recorded visually. Purely monochromatic light would result in a uniform fringe pattern. Lacking modern means of environmental temperature control, experimentalists struggled with continual fringe drift even though the interferometer might be set up in a basement. Because the fringes would occasionally disappear due to vibrations caused by passing horse traffic, distant thunderstorms and the like, an observer could easily "get lost" when the fringes returned to visibility. The advantages of white light, which produced a distinctive colored fringe pattern, far outweighed the difficulties of aligning the apparatus due to its low coherence length. As Dayton Miller wrote, "White light fringes were chosen for the observations because they consist of a small group of fringes having a central, sharply defined black fringe which forms a permanent zero reference mark for all readings."[A 12][note 3] Use of partially monochromatic light (yellow sodium light) during initial alignment enabled the researchers to locate the position of equal path length, more or less easily, before switching to white light.[note 4]

The mercury trough allowed the device to turn with close to zero friction, so that once having given the sandstone block a single push it would slowly rotate through the entire range of possible angles to the "aether wind," while measurements were continuously observed by looking through the eyepiece. The hypothesis of aether drift implies that because one of the arms would inevitably turn into the direction of the wind at the same time that another arm was turning perpendicularly to the wind, an effect should be noticeable even over a period of minutes.

The expectation was that the effect would be graphable as a sine wave with two peaks and two troughs per rotation of the device. This result could have been expected because during each full rotation, each arm would be parallel to the wind twice (facing into and away from the wind giving identical readings) and perpendicular to the wind twice. Additionally, due to the Earth's rotation, the wind would be expected to show periodic changes in direction and magnitude during the course of a sidereal day.

Because of the motion of the Earth around the Sun, the measured data were also expected to show annual variations.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ทดสอบ Michelson-Morley (1887) [แก้] วิกิซอร์ซมีข้อความต้นฉบับที่เกี่ยวข้องกับบทความนี้: ในการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของโลกและอีเทอร์ Luminiferous (1887) รูปที่ 5 รูปนี้แสดงให้เห็นถึงเส้นทางแสงพับที่ใช้ในอินเตอร์ Michelson-Morley ที่เปิดใช้งานความยาว 11 เมตรเส้นทางการเป็นแหล่งกำเนิดแสง โคมไฟน้ำมัน b คือ การแยกลำแสง c คือ จานให้ความชุ่มชื่นเพื่อให้ทั้งที่สะท้อน และส่งผ่านลำแสงเดินทางผ่านกันแก้ว (มีความสำคัญตั้งแต่การทดลองถูกเรียกใช้ ด้วยสีขาวซึ่งเป็นโปรเจคสั้นยาวต้องแม่นยำต่าง ๆ กันยาวสำหรับขอบจะสามารถเห็นแสง แสงสีเดียวโซเดียมถูกใช้เฉพาะสำหรับการจัดตำแหน่งเริ่มต้น [4] [note 2]) d, d' และ e มีกระจก e' เป็นกระจกปรับดีขึ้น f เป็นกล้อง ใน 1885, Michelson เริ่มความร่วมมือกับ Edward Morley ใช้เวลามากและเงินเพื่อยืนยัน ด้วยความแม่นยำสูงของ Fizeau 1851 ทดลองบนสัมประสิทธิ์ของ Fresnel ลาก, [5] เพื่อปรับปรุงทดลองของ Michelson 1881, [1] และสร้างความยาวคลื่นของแสงเป็นมาตรฐานความยาว [6] [7] ในเวลานี้ Michelson ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่ในกรณีโรงเรียนวิทยาศาสตร์ประยุกต์ และ Morley ศาสตราจารย์ทางเคมีที่สำรองตะวันตกมหาวิทยาลัย (WRU), ที่ใช้ร่วมกันมหาวิทยาลัยกับโรงเรียนกรณีบนขอบด้านตะวันออกของคลีฟแลนด์ Michelson ทนทุกข์ประสาทใน 1885 กันยายน เขาหาย โดย 1885 ตุลาคม Morley กำหนดนี้แบ่งการทำงานรุนแรงของ Michelson ในระหว่างการเตรียมการทดลอง ในปี 1886, Michelson และ Morley เรียบร้อยยืนยันสัมประสิทธิ์ของ Fresnel ลาก – ผลลัพธ์นี้ก็ยังนับเป็นการยืนยันแนวความคิดอยู่กับอากาศธาตุ [1] ผลการเสริมสร้างความหวังในการหาลมอากาศธาตุ Michelson และ Morley สร้างรุ่นปรับปรุงของการทดสอบ Michelson แม่นยำมากเกินพอในการตรวจสอบผลกระทบนี้สมมุติ การทดลองดำเนินการในหลายรอบระยะเวลาของการสังเกตความเข้มข้นระหว่างเดือนเมษายนและ 1887 กรกฎาคม ชั้นใต้ดินของหอพัก Adelbert ของ WRU (ภายหลังเปลี่ยนชื่อ Pierce ฮอลล์ ยับเยินในปี 1962) [10] [แบบ 11] ดังแสดงในรูปที่ 5 แสงซ้ำ ๆ สะท้อนมาตามแนวแขนของอินเตอร์เฟียร์โรมิเตอร์ เพิ่มเส้นทางยาวถึง 11 เมตร (36 ฟุต) ที่ยาว drift จะเกี่ยวกับขอบ 0.4 การตรวจว่าตรวจจับได้อย่างง่ายดาย เครื่องถูกประกอบในห้องปิดห้องใต้ดินที่หนักหินหอพัก ขจัดผลความร้อน และดับส่วนใหญ่ สั่นสะเทือนได้ลดเพิ่มเติม โดยการสร้างเครื่องมือด้านบนของบล็อกขนาดใหญ่ของหินทราย (1 รูป), เกี่ยวกับเท้าที่หนาและห้าฟุตสแควร์ ซึ่งถูกแล้วลอยในปรอทรางวงกลม พวกเขาประเมินว่า ผลกระทบของสวัสดิการประมาณ 0.01 จะตรวจจับได้ รูปที่ 6 รูปแบบสวัสดิการผลิต ด้วยอินเตอร์ Michelson ที่ใช้แสงสีขาว เป็นการกำหนดค่าที่นี่ สวัสดิการกลางเป็นสีขาวมากกว่าสีดำ Michelson และ Morley และอื่น ๆ experimentalists ต้นโดยใช้เทคนิค interferometric ในความพยายามในการวัดคุณสมบัติของอากาศธาตุ luminiferous ใช้แสงสีเดียว (บางส่วน) เริ่มต้นด้วยการตั้งค่าอุปกรณ์ของพวกเขา เสมอสลับแสงสีขาวสำหรับการประเมินที่แท้จริง เหตุผลคือ ว่า บันทึกการตรวจวัดสายตา แสงสีเดียวแท้จะให้ผลลัพธ์ในรูปแบบสวัสดิการเหมือนกัน ขาดความทันสมัยควบคุมอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม experimentalists ต่อสู้กับดริฟท์เพิ่มเติมอย่างต่อเนื่องแม้ว่าอินเตอร์เฟียร์โรมิเตอร์อาจตั้งค่าในชั้นใต้ดิน เพราะขอบจะหายไปในบางครั้งเนื่องจากการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้น โดยผ่านการจราจรม้า พายุฝนฟ้าคะนองอยู่ไกล และไม่ชอบ สังเกตการณ์ "ได้หายไป" เมื่อขอบกลับมองเห็น ข้อดีของแสงสีขาว ซึ่งผลิตลายขอบสีที่โดดเด่น ไกล outweighed ความยากของการจัดตำแหน่งอุปกรณ์เนื่องจากความยาวเชื่อมต่ำ เป็นมิลเลอร์ Dayton เขียน ขาวขอบถูกเลือกสำหรับข้อสังเกตเนื่องจากพวกเขาประกอบด้วยกลุ่มเล็ก ๆ ของขอบที่มีเซ็นทรัล คมชัดดำริมซึ่งถาวรแสงเครื่องหมายอ้างอิงเป็นศูนย์สำหรับอ่านค่าทั้งหมด" [แบบ 12] [note 3] ใช้ของแสงสีเดียวบางส่วน (โซเดียมเหลืองแสง) ในระหว่างการจัดตำแหน่งเริ่มต้นเปิดใช้นักวิจัยเพื่อค้นหาตำแหน่งของความยาวเส้นเท่ากับ น้อยได้อย่างง่ายดาย ก่อนสลับกับแสงสีขาว [note 4] รางปรอทได้รับอนุญาตให้เปิดกับใกล้ศูนย์แรงเสียดทาน อุปกรณ์ดังนั้นเมื่อให้บล็อกหินทรายกดครั้งเดียวมันจะค่อย ๆ หมุนผ่านไปได้ทั้งหมดนับมุมให้ "อากาศธาตุลม ในขณะที่การวัดที่ถูกตั้งข้อสังเกตอย่างต่อเนื่อง โดยการมองผ่านเลนส์ใกล้ตา สมมติฐานของอากาศธาตุดริฟท์ก็หมายความว่า เนื่องจากแขนอย่างใดอย่างหนึ่งย่อมจะเปลี่ยนไปในทิศทางของลมในเวลาเดียวกันที่อื่นแขนเปิดอันลม ผลควรชัดเจนแม้ในช่วงนาที ความคาดหวังว่า ผลจะ graphable เป็นคลื่น sine กับสองและสองต่ำสุดต่อการหมุนของอุปกรณ์ได้ ผลนี้ไม่ได้คาดว่าเนื่องจากระหว่างการหมุนแต่ละเต็ม แต่ละแขนจะขนานไปกับลมสอง (หันเข้า และออก จากลมให้อ่านเหมือนกัน) และตั้งฉากกับลมสองครั้ง นอกจากนี้ เนื่องจากการหมุนของโลก ลมก็จะคาดว่าจะแสดงการเปลี่ยนแปลงในทิศทางและขนาดระหว่างวัน sidereal ข้อมูลการวัดได้ก็คาดว่าจะแสดงรูปแบบรายปีเนื่องจากการเคลื่อนที่ของโลกรอบพระอาทิตย์

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ไมเคิลมอร์ลี่ย์-ทดลอง (1887) [แก้ไข] ไม่มีข้อความเดิมที่เกี่ยวข้องกับบทความนี้: ในการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของโลกและเปล่งแสงอีเธอร์ (1887) รูปที่ 5 รูปนี้แสดงให้เห็นเส้นทางแสงพับที่ใช้ในสันไมเคิลมอร์ลี่ย์- ที่เปิดใช้งานความยาวเส้นทางของ 11 เมตร เป็นแหล่งกำเนิดแสงตะเกียงน้ำมัน B เป็นแยกลำแสง c คือแผ่นชดเชยดังนั้นทั้งสะท้อนและส่งลำแสงเดินทางผ่านจำนวนเดียวกันของแก้ว (สำคัญตั้งแต่การทดลองทำงานกับแสงสีขาวซึ่งมีระยะเวลาในการเชื่อมโยงกันสั้นมากที่กำหนดให้ตรงกับความแม่นยำของเส้นทางแสงความยาวขอบที่จะมองเห็น; เดียว ไฟโซเดียมถูกใช้เฉพาะสำหรับการจัดตำแหน่งเริ่มต้น [4] [Note 2]) D, D 'และ E เป็นกระจก E 'เป็นกระจกปรับ F คือกล้องโทรทรรศน์. ในปี 1885 ไมเคิลเริ่มจากความร่วมมือกับเอ็ดเวิร์ดมอร์ลี่ย์ที่ใช้เวลาและเงินเพื่อยืนยันการมีความแม่นยำสูง Fizeau ของ 1851 ทดลองลากสัมประสิทธิ์ของ Fresnel [5] ที่จะปรับปรุงในไมเคิลของ 1881 ทดลอง [1] และเพื่อสร้าง ความยาวคลื่นของแสงที่เป็นมาตรฐานของความยาว. [6] [7] ในเวลานี้ไมเคิลเป็นอาจารย์ของฟิสิกส์ที่โรงเรียนกรณีวิทยาศาสตร์ประยุกต์และมอร์ลี่ย์เป็นอาจารย์ของเคมีที่ Western Reserve University (WRU) ซึ่งร่วมกันมหาวิทยาลัย กับกรณีของโรงเรียนที่อยู่บนขอบด้านตะวันออกของคลีฟแลนด์ ไมเคิลเป็นโรคประสาทในเดือนกันยายนปี 1885 จากการที่เขากู้คืนในเดือนตุลาคมปี 1885 มอร์ลี่ย์กำหนดรายละเอียดนี้ไปทำงานที่รุนแรงของไมเคิลในระหว่างการเตรียมการทดลองที่ ในปี 1886, ไมเคิลมอร์ลี่ย์และประสบความสำเร็จได้รับการยืนยันลากสัมประสิทธิ์ของ Fresnel - ผลนี้ก็ถือว่าเป็นการยืนยันของแนวคิดอากาศธาตุนิ่ง [1]. ผลที่ได้นี้มีความเข้มแข็งความหวังของพวกเขาในการหาลมอากาศธาตุ ไมเคิลมอร์ลี่ย์ที่สร้างขึ้นเป็นรุ่นปรับปรุงของการทดลองไมเคิลที่มีมากกว่าความถูกต้องมากพอที่จะตรวจสอบผลสมมุตินี้ การทดลองดำเนินการในหลายช่วงเวลาของการสังเกตความเข้มข้นระหว่างเดือนเมษายนและกรกฎาคม 1887 ในห้องใต้ดินของอะเดหอพัก WRU นี้ (ภายหลังเปลี่ยนชื่อเพียร์ซฮอลล์พังยับเยินใน 1962). [10] [11] ดังแสดงในรูป 5 แสงได้สะท้อนให้เห็นซ้ำ ๆ ไปมาพร้อมแขนสันที่เพิ่มความยาวเส้นทางไป 11 เมตร (36 ฟุต) ที่มีความยาวนี้ดริฟท์จะอยู่ที่ประมาณ 0.4 นอก ที่จะทำให้สามารถตรวจพบได้ง่ายอุปกรณ์ประกอบในห้องปิดในห้องใต้ดินของหอพักหินหนัก, การขจัดผลกระทบความร้อนมากที่สุดและสั่น การสั่นสะเทือนลดลงต่อไปโดยการสร้างเครื่องมือที่ด้านบนของบล็อกขนาดใหญ่ของหินทราย (รูปที่ 1). เกี่ยวกับเท้าหนาและห้าฟุตสแควร์ซึ่งกำลังลอยแล้วในรางวงกลมของสารปรอท พวกเขาคาดว่าผลกระทบจากประมาณ 0.01 ขอบจะตรวจพบ. รูปที่ 6 รูปแบบการผลิต Fringe กับไมเคิลสันโดยใช้แสงสีขาว ตามที่กำหนดค่าที่นี่ขอบกลางเป็นสีขาวมากกว่าสีดำ. ไมเคิลมอร์ลี่ย์และ experimentalists ต้นอื่น ๆ โดยใช้เทคนิคการแทรกสอดในความพยายามที่จะวัดคุณสมบัติของเปล่งแสงอากาศธาตุที่ใช้ (บางส่วน) ไฟสีเดียวเท่านั้นสำหรับครั้งแรกกับการตั้งค่าอุปกรณ์ของพวกเขาเสมอ สลับกับแสงสีขาวสำหรับการวัดที่เกิดขึ้นจริง เหตุผลก็คือว่าการวัดที่ถูกบันทึกไว้สายตา หมดจดแสงสีเดียวจะส่งผลให้ในรูปแบบสวัสดิการเครื่องแบบ ขาดวิธีการที่ทันสมัยของการควบคุมอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม experimentalists ต่อสู้กับการดริฟท์สวัสดิการอย่างต่อเนื่องแม้ว่าสันอาจจะมีการจัดตั้งขึ้นในชั้นใต้ดิน เพราะขอบบางครั้งจะหายไปเนื่องจากการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการจราจรผ่านม้าพายุฝนฟ้าคะนองที่ห่างไกลและชอบผู้สังเกตการณ์ได้อย่างง่ายดาย "ได้หายไป" เมื่อขอบกลับไปมองเห็น ข้อดีของแสงสีขาวซึ่งผลิตรูปแบบขอบสีที่โดดเด่นไกลในแง่ของความยากลำบากของการจัดตำแหน่งเครื่องเนื่องจากระยะเวลาในการเชื่อมโยงกันต่ำ ในฐานะที่เป็นเดย์มิลเลอร์เขียน "ขอบแสงสีขาวได้รับเลือกสำหรับการสังเกตเพราะพวกเขาประกอบด้วยกลุ่มเล็ก ๆ ของนอกมีกลางกำหนดไว้อย่างชัดขอบสีดำซึ่งเป็นเครื่องหมายอ้างอิงศูนย์ถาวรสำหรับการอ่าน all." [12] [หมายเหตุ 3 ] การใช้แสงสีเดียวบางส่วน (แสงโซเดียมสีเหลือง) ในระหว่างการจัดตำแหน่งเริ่มต้นเปิดการใช้งานวิจัยเพื่อค้นหาตำแหน่งของความยาวเส้นทางที่เท่าเทียมกันมากขึ้นหรือน้อยได้อย่างง่ายดายก่อนที่จะสลับกับแสงสีขาว. [note 4] ​​รางปรอทที่ได้รับอนุญาตของอุปกรณ์เปลี่ยนด้วย ใกล้กับศูนย์แรงเสียดทานเพื่อว่าเมื่อได้รับหินทรายป้องกันการผลักดันเดียวมันจะค่อย ๆ หมุนผ่านทั้งช่วงของมุมที่เป็นไปได้ที่ "ลมอากาศธาตุ" ในขณะที่วัดถูกตั้งข้อสังเกตอย่างต่อเนื่องโดยการมองผ่านช่องมองภาพ สมมติฐานของอากาศธาตุดริฟท์หมายความว่าเพราะแขนข้างหนึ่งของย่อมจะกลายเป็นทิศทางของลมในเวลาเดียวกันที่แขนอีกเปลี่ยนตั้งฉากกับลมที่มีผลควรจะสังเกตเห็นได้ชัดแม้ในช่วงนาที. ความคาดหวังคือ ว่าผลกระทบจะเป็น graphable เป็นคลื่นไซน์กับสองยอดและสองรางต่อการหมุนของอุปกรณ์ ผลที่ได้นี้จะได้รับการคาดหวังเพราะในช่วงการหมุนแต่ละเต็มแขนแต่ละข้างจะขนานไปกับลมสองครั้ง (หันหน้าไปทางเข้าและออกไปจากลมให้อ่านเหมือนกัน) และตั้งฉากกับลมเป็นครั้งที่สอง นอกจากนี้เนื่องจากการหมุนของโลกลมจะคาดว่าจะแสดงการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ๆ ในทิศทางและขนาดในช่วงวันที่ดาวฤกษ์. เพราะการเคลื่อนไหวของโลกรอบดวงอาทิตย์ที่ข้อมูลที่วัดได้นอกจากนี้ยังคาดว่าจะแสดงรูปแบบประจำปี .