19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में, प्रकाश के प्रसार की प्रकृति, गुरुत्वाकर्षण की क्रिया और कुछ अन्य घटनाओं पर भौतिक विचारों को अधिक से अधिक स्पष्ट रूप से कठिनाइयों का सामना करना पड़ा। वे विज्ञान में हावी ईथर अवधारणा से जुड़े थे। एक प्रयोग करने का विचार जो संचित अंतर्विरोधों को हल करेगा, जैसा कि वे कहते हैं, हवा में था।
1880 के दशक में, प्रयोगों की एक श्रृंखला स्थापित की गई थी, उस समय के लिए बहुत जटिल और सूक्ष्म - पर्यवेक्षक की गति की दिशा पर प्रकाश की गति की निर्भरता का अध्ययन करने के लिए माइकलसन के प्रयोग। इन प्रसिद्ध प्रयोगों के विवरण और परिणामों पर अधिक विस्तार से रहने से पहले, यह याद रखना आवश्यक है कि ईथर की अवधारणा क्या थी और प्रकाश की भौतिकी को कैसे समझा गया।
दुनिया की प्रकृति पर 19वीं सदी के विचार
शताब्दी की शुरुआत में, प्रकाश के तरंग सिद्धांत की विजय हुई, शानदार प्रयोग प्राप्त हुएजंग और फ्रेस्नेल के कार्यों में पुष्टि, और बाद में - और मैक्सवेल के काम में सैद्धांतिक औचित्य। प्रकाश ने निर्विवाद रूप से तरंग गुणों का प्रदर्शन किया, और कणिका सिद्धांत को तथ्यों के ढेर के नीचे दबा दिया गया था जिसे वह समझा नहीं सकता था (इसे पूरी तरह से नए आधार पर 20वीं शताब्दी की शुरुआत में ही पुनर्जीवित किया जाएगा)।
हालांकि, उस युग की भौतिकी किसी माध्यम के यांत्रिक स्पंदनों के अलावा किसी तरंग के प्रसार की कल्पना नहीं कर सकती थी। यदि प्रकाश एक तरंग है, और यह निर्वात में प्रचार करने में सक्षम है, तो वैज्ञानिकों के पास यह मानने के अलावा कोई विकल्प नहीं था कि निर्वात एक निश्चित पदार्थ से भरा होता है, इसके कंपन के कारण प्रकाश तरंगों का संचालन होता है।
चमकदार एथर
रहस्यमय पदार्थ, भारहीन, अदृश्य, किसी भी उपकरण द्वारा पंजीकृत नहीं, ईथर कहा जाता था। माइकलसन का प्रयोग सिर्फ अन्य भौतिक वस्तुओं के साथ इसकी बातचीत के तथ्य की पुष्टि करने के लिए डिज़ाइन किया गया था।
ईथर के अस्तित्व के बारे में परिकल्पना 17 वीं शताब्दी में डेसकार्टेस और ह्यूजेंस द्वारा व्यक्त की गई थी, लेकिन यह 19 वीं शताब्दी में हवा के रूप में आवश्यक हो गई, और साथ ही अघुलनशील विरोधाभासों को जन्म दिया। तथ्य यह है कि सामान्य रूप से मौजूद रहने के लिए, ईथर में परस्पर अनन्य या सामान्य रूप से, शारीरिक रूप से अवास्तविक गुण होने चाहिए।
ईथर अवधारणा विरोधाभास
देखे गए संसार की तस्वीर से मेल खाने के लिए, चमकदार ईथर बिल्कुल गतिहीन होना चाहिए - अन्यथा यह चित्र लगातार विकृत होता जाएगा। लेकिन उनकी गतिहीनता मैक्सवेल के समीकरणों और सिद्धांत के साथ अपूरणीय संघर्ष में थीगैलीलियन सापेक्षता। उनके संरक्षण के लिए, यह स्वीकार करना आवश्यक था कि गतिमान पिंडों द्वारा ईथर को ले जाया जाता है।
इसके अलावा, ईथर पदार्थ को बिल्कुल ठोस, निरंतर और साथ ही इसके माध्यम से निकायों की गति में बाधा डालने वाला, असंपीड़ित और, इसके अलावा, अनुप्रस्थ लोच रखने वाला माना जाता था, अन्यथा यह विद्युत चुम्बकीय तरंगों का संचालन नहीं करेगा। इसके अलावा, ईथर की कल्पना एक सर्वव्यापी पदार्थ के रूप में की गई थी, जो फिर से, उसके जुनून के विचार के साथ फिट नहीं बैठता है।
माइकलसन के प्रयोग का विचार और पहला उत्पादन
अमेरिकन भौतिक विज्ञानी अल्बर्ट माइकलसन को 1879 में मैक्सवेल की मृत्यु के बाद प्रकाशित मैक्सवेल के पत्र को पढ़ने के बाद ईथर की समस्या में दिलचस्पी हो गई, जिसमें नेचर पत्रिका में ईथर के संबंध में पृथ्वी की गति का पता लगाने के असफल प्रयास का वर्णन किया गया था।
1881 में, माइकलसन का पहला प्रयोग ईथर के सापेक्ष अलग-अलग दिशाओं में प्रकाश के प्रसार की गति को निर्धारित करने के लिए हुआ, एक पर्यवेक्षक पृथ्वी के साथ घूम रहा है।
पृथ्वी, कक्षा में घूम रही है, तथाकथित ईथर हवा की कार्रवाई के अधीन होना चाहिए - एक गतिमान पिंड पर चलने वाली हवा के प्रवाह के समान एक घटना। इस "हवा" के समानांतर निर्देशित एक मोनोक्रोमैटिक प्रकाश किरण इसकी ओर बढ़ेगी, गति में थोड़ी कमी होगी, और इसके विपरीत (दर्पण से परावर्तित) विपरीत दिशा में। दोनों मामलों में गति में परिवर्तन समान है, लेकिन यह अलग-अलग समय में हासिल किया जाता है: धीमी गति से "आने वाली" बीम को यात्रा करने में अधिक समय लगेगा। तो प्रकाश संकेत"ईथर की हवा" के समानांतर उत्सर्जित होना आवश्यक रूप से समान दूरी की यात्रा करने वाले सिग्नल के सापेक्ष विलंबित होगा, वह भी दर्पण से परावर्तन के साथ, लेकिन लंबवत दिशा में।
इस देरी को दर्ज करने के लिए, खुद माइकलसन द्वारा आविष्कार किए गए एक उपकरण का उपयोग किया गया था - एक इंटरफेरोमीटर, जिसका संचालन सुसंगत प्रकाश तरंगों के सुपरपोजिशन की घटना पर आधारित है। यदि तरंगों में से एक में देरी होती है, तो परिणामी चरण अंतर के कारण हस्तक्षेप पैटर्न बदल जाएगा।
मिशेलसन के दर्पण और एक इंटरफेरोमीटर के साथ पहले प्रयोग ने डिवाइस की अपर्याप्त संवेदनशीलता और कई हस्तक्षेपों (कंपन) को कम करके आंका और आलोचना का कारण बनने के कारण एक स्पष्ट परिणाम नहीं दिया। सटीकता में महत्वपूर्ण सुधार की आवश्यकता थी।
बार-बार अनुभव
1887 में, वैज्ञानिक ने अपने हमवतन एडवर्ड मॉर्ले के साथ मिलकर प्रयोग को दोहराया। उन्होंने एक उन्नत सेटअप का इस्तेमाल किया और साइड फैक्टर के प्रभाव को खत्म करने के लिए विशेष ध्यान रखा।
अनुभव का सार नहीं बदला है। लेंस के माध्यम से एकत्रित प्रकाश पुंज 45° के कोण पर स्थापित अर्धपारदर्शी दर्पण पर आपतित होता था। यहां उन्होंने विभाजित किया: एक बीम विभक्त के माध्यम से घुस गया, दूसरा लंबवत दिशा में चला गया। प्रत्येक बीम तब एक साधारण फ्लैट दर्पण द्वारा परिलक्षित होता था, बीम स्प्लिटर पर वापस आ जाता था, और फिर आंशिक रूप से इंटरफेरोमीटर से टकराता था। प्रयोगकर्ता एक "ईथर हवा" के अस्तित्व में विश्वास रखते थे और एक तिहाई से अधिक हस्तक्षेप फ्रिंज की पूरी तरह से मापने योग्य बदलाव की उम्मीद करते थे।
अंतरिक्ष में सौर मंडल की गति की उपेक्षा करना असंभव था, इसलिए प्रयोग के विचार में "ईथर की हवा" की दिशा को ठीक करने के लिए स्थापना को घुमाने की क्षमता शामिल थी।
डिवाइस को घुमाते समय कंपन हस्तक्षेप और तस्वीर के विरूपण से बचने के लिए, पूरी संरचना को एक विशाल पत्थर के स्लैब पर रखा गया था जिसमें शुद्ध पारा में तैरते हुए लकड़ी के टोरॉयडल फ्लोट थे। स्थापना के नीचे की नींव चट्टान में दब गई।
प्रयोगात्मक परिणाम
वैज्ञानिकों ने पूरे वर्ष सावधानीपूर्वक निरीक्षण किया, प्लेट को उपकरण से दक्षिणावर्त और वामावर्त घुमाते हुए। हस्तक्षेप पैटर्न 16 दिशाओं में दर्ज किया गया था। और, अपने युग के लिए अभूतपूर्व सटीकता के बावजूद, मॉर्ले के सहयोग से किए गए माइकलसन के प्रयोग ने नकारात्मक परिणाम दिया।
बीम स्प्लिटर को छोड़कर इन-फेज प्रकाश तरंगें बिना फेज शिफ्ट के फिनिश लाइन पर पहुंच गईं। इसे हर बार, व्यतिकरणमापी की किसी भी स्थिति में दोहराया जाता था, और इसका अर्थ था कि माइकलसन के प्रयोग में प्रकाश की गति किसी भी परिस्थिति में नहीं बदली।
प्रयोग के परिणामों की जांच बार-बार की गई, जिसमें XX सदी में, लेजर इंटरफेरोमीटर और माइक्रोवेव रेज़ोनेटर का उपयोग करके, प्रकाश की गति के दस अरबवें हिस्से की सटीकता तक पहुंचना शामिल है। अनुभव का परिणाम अटल रहता है: यह मान अपरिवर्तित रहता है।
प्रयोग का अर्थ
माइकलसन और मॉर्ले के प्रयोगों से यह पता चलता है कि "ईथर की हवा", और, परिणामस्वरूप, यह मायावी पदार्थ ही मौजूद नहीं है।यदि किसी भी भौतिक वस्तु को किसी भी प्रक्रिया में मौलिक रूप से नहीं पाया जाता है, तो यह उसकी अनुपस्थिति के समान है। शानदार ढंग से मंचित प्रयोग के लेखकों सहित भौतिकविदों ने तुरंत ईथर की अवधारणा के पतन का एहसास नहीं किया, और इसके साथ संदर्भ का पूर्ण ढांचा।
केवल अल्बर्ट आइंस्टीन 1905 में प्रयोग के परिणामों की एक सुसंगत और साथ ही क्रांतिकारी नई व्याख्या प्रस्तुत करने में कामयाब रहे। इन परिणामों को वैसे ही मानते हुए, जैसे कि वे सट्टा ईथर को आकर्षित करने की कोशिश किए बिना, आइंस्टीन दो निष्कर्षों पर पहुंचे:
- कोई भी ऑप्टिकल प्रयोग पृथ्वी की सीधी और एकसमान गति का पता नहीं लगा सकता (इसे इस तरह मानने का अधिकार अवलोकन के कार्य की छोटी अवधि द्वारा दिया गया है)।
- संदर्भ के किसी भी जड़त्वीय फ्रेम के संबंध में, निर्वात में प्रकाश की गति अपरिवर्तित रहती है।
ये निष्कर्ष (पहला - सापेक्षता के गैलीलियन सिद्धांत के संयोजन में) ने आइंस्टीन के अपने प्रसिद्ध अभिधारणाओं के निर्माण के आधार के रूप में कार्य किया। तो माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग ने सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के लिए एक ठोस अनुभवजन्य आधार के रूप में कार्य किया।
