Michelson-Morley-experiment
| Speciale relativiteitstheorie | ||||||||||
 |
||||||||||
(de massa-energierelatie)
|
Het Michelson-Morley-experiment is een experiment waarin de snelheid van het licht evenwijdig aan de baan van de Aarde wordt vergeleken met de snelheid van het licht loodrecht op diezelfde baan, in een poging om de beweging van de Aarde en de Zon aan te tonen. Dit werd uitgevoerd in 1887 door Albert Michelson en Edward Morley en wordt beschouwd als het eerste sterke bewijs tegen het bestaan van de ether, het medium ten opzichte waarvan het licht zich zou verplaatsen.
Inhoud |
Reden van het experiment [bewerken]
Volgens veel klassieke wereldbeelden stond de aarde stil in het centrum van het heelal. In de 19e eeuw was men er reeds lang van overtuigd dat dit niet juist was: de Aarde was in beweging in een baan om de Zon (snelheid 30 km/s). Bovendien was de Zon in beweging rondom de Melkweg met een snelheid van 220 km/s en ze sleurde daarbij de aarde mee. De Melkweg was waarschijnlijk ook in beweging, maar niemand wist hoe. Het was niet eenvoudig de beweging van de Zon te constateren, men kon alleen vaststellen dat de Zon in beweging was ten opzichte van andere sterren. Aangezien alle sterren gelijkwaardig zijn, was het ongerijmd te veronderstellen dat de Zon stilstond, maar daaruit bleek niet welke ster stilstond en welke in beweging was.
Michelson en Morley meenden de oplossing te kunnen vinden in de ether, het veronderstelde medium waardoor licht zich verplaatste. Als de ether een absoluut stilstaand medium was, kon men de beweging van de Aarde aantonen door de lichtsnelheid in verschillende richtingen te vergelijken.
Het experiment [bewerken]
Voor dit experiment ontwikkelde Michelson de (optische) interferometer. Een straal coherent, monochromatisch licht werd via een halfdoorlatende spiegel gesplitst in twee stralen die een rechte hoek met elkaar maakten. Als de stralen weer bij elkaar kwamen, ontstond er een interferentiepatroon. Als de Zon stilstond ten opzichte van de ether, zou de beweging van de Aarde zichtbaar zijn door een afwijkend interferentiepatroon als de positie van het apparaat werd veranderd.
Er werd inderdaad een verschil gezien, maar dat was minder dan verwacht en viel binnen de onnauwkeurigheid van het apparaat. Samen met Morley werd een nauwkeuriger interferometer gebouwd. Het resultaat bleef negatief.
De merkwaardige conclusie van het experiment was dat de lichtsnelheid in alle richtingen gelijk was. Dat kon betekenen dat de Aarde toch stilstond, maar die conclusie werd direct als ongerijmd verworpen. Het experiment leek mislukt te zijn, maar leverde in werkelijkheid een verrassend resultaat op: de conclusie was dat de ether als "stoffelijk" medium niet bestond en dat de lichtsnelheid werkelijk onafhankelijk is van de beweging van de waarnemer.
Gevolgen [bewerken]
Het is één van de belangrijkste en beroemdste experimenten in de geschiedenis van de natuurkunde. Het niet verwachtte nul-resultaat had vergaande consequenties. Albert Einstein ontwierp in 1905 de speciale relativiteit die volkomen aansloot bij het resultaat van de meting. Het wordt betwist of Einstein op de hoogte was van het resultaat van van Michelson-Morley experiment. Maar op pagina 891 vierde regel van onderen merkt Einstein op dat de resultaten van Michelson's experiment zeer nauwkeurig waren.[1] Einstein heeft zijn theorie gebouwd op de wetten van Maxwell die hij relativistisch interpreteerde en de lengtecontractie van Hendrik Lorentz. Dat de lichtsnelheid constant is, komt voort uit de meting van Michelson en niet vanwege een bewijs door de relativiteitstheorie.
Het beroemdste mislukte experiment [bewerken]
De ironie wil dat het experiment, ondanks alle voorbereiding, resulteerde in een mislukking, tot heden het beroemdste mislukte experiment. In plaats van dat men inzicht kreeg in de eigenschappen van de ether, bleek uit niets dat de beweging van de Aarde een "etherwind" opleverde. Er werd wel een klein snelheidsverschil gemeten, maar dat was veel te klein om als bewijs van de ether te kunnen dienen. Bovendien was het verschil altijd even groot, onafhankelijk van het tijdstip van de dag of het jaargetijde, en bovendien was het verschil zo klein dat het binnen de onnauwkeurigheden van de meetapparatuur viel, waaruit geconcludeerd werd dat het snelheidsverschil nul was. De apparatuur gedroeg zich alsof er helemaal geen etherwind was, alsof de Aarde stilstond.
Hoewel Michelson en Morley na hun eerste publicatie in 1887 zich gingen wijden aan andere experimenten, bleven ze ook op dit terrein actief. Er werden andere versies van het experiment uitgevoerd, met steeds hogere nauwkeurigheid. Kennedy en Illingsworth vervingen de spiegels door platen met een vertraging van een halve golflengte. Illingsworth vond geen veranderingen binnen 1/300e van de golflengte en Kennedy niet binnen 1/1500e. Miller bouwde later een niet-magnetisch apparaat om magnetostrictie te vermijden, terwijl Michelson gebruik maakte van invar om thermische invloeden te vermijden. Anderen voerden experimenten uit met een hogere nauwkeurigheid, waarbij diverse neveneffecten werden vermeden. Het resultaat was steeds negatief.
Zie ook [bewerken]
