Трутон-Рэнкін тәжірибесі: Ығысудың өлшенуіне қатысты зерттеу
Trouton–Rankine experiment
Траутон-Рэнкін тәжірибесі: Лоренц-Фитцджеральд жиырылуын өлшеуге арналған. Нәтиже теріс болды, бұл Эйнштейннің теориясын растайды. Физика, ғылым, тәжірибе.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Траутон-Ранкин эксперименті – бір жүйедегі объектінің Лоренц-Фицджеральд жиырылуын (сиялы эфирмен анықталғандай) объектінің тыныш жүйесінде өлшенетін әсер тудыра ма, жоқ па, соны анықтау үшін жасалған тәжірибе. Бұл тәжірибені алғаш рет 1908 жылы Фредерик Томас Траутон және Александр Оливер Ранкин жүргізді. Тәжірибе нәтижесі теріс болды, бұл салыстырмалылық принципімен (демек, арнайы салыстырмалылық теориясымен де) сәйкес келеді. Оған сәйкес, белгілі бір инерциялық санақ жүйесінде тыныш тұрған бақылаушылар өздерінің түзусызық қозғалысын сол жүйеде тыныш тұрған құралдармен өлшеуге мүмкіндік алмайды. Сәйкесінше, ұзындық жиырылуын да бірге қозғалатын бақылаушылар өлшеуге болмайды. Ерекше салыстырмалылық теориясының тексерулерін де қараңыз.
The Trouton–Rankine experiment was an experiment designed to measure if the Lorentz–FitzGerald contraction of an object according to one frame (as defined by the luminiferous aether) produced a measurable effect in the rest frame of the object, so that the ether would act as a "preferred frame". The experiment was first performed by Frederick Thomas Trouton and Alexander Oliver Rankine in 1908. The outcome of the experiment was negative, which is in agreement with the principle of relativity (and thus special relativity as well), according to which observers at rest in a certain inertial reference frame, cannot measure their own translational motion by instruments at rest in the same frame. Consequently, also length contraction cannot be measured by co moving observers. See also Tests of special relativity.
Сипаттама
1887 жылы өткен атақты Микельсон-Морли эксперименті сол кезде қабылданған эфир теориясын түзету қажеттігін көрсетті. Фицджеральд пен Лоренц бір-бірінен тәуелсіз түрде эксперименттік құралдың қозғалыс бағытындағы ұзындығының қысқаруын (жарық эфиріне қатысты) ұсынды, бұл Микельсон-Морли экспериментінің дерлік нөлдік нәтижесін түсіндіруге мүмкіндік берді. Осы қысқарудың кейбір салдары зертханалық жағдайда (эксперименттік құралмен бірге қозғалатын бақылаушының инерциялық есептеу жүйесінде) Рейли мен Брейстің (1902, 1904) эксперименттерінде өлшенуге тырысты, бірақ нәтиже теріс болды. Дегенмен, 1908 жылға қарай сол кездегі электродинамиканың қазіргі теориялары – Лоренц эфир теориясы (қазір ескірген) және арнайы салыстырмалылық теориясы (қазір кеңінен қабылданған және эфирдің болмауымен сипатталатын) Лоренц-Фицджеральд қысқаруының бірге қозғалатын жағдайда өлшенбейтінін болжады, себебі бұл теориялар Лоренц түрлендіруіне негізделген. Фредерик Томас Траутон (1903 жылы Траутон-Нобель экспериментін жүргізгеннен кейін) электродинамикаға өзіндік көзқарасын қолданып есептеулер жасады, ұзындықтың қысқаруын эфирдегі эксперименттік құралдың жылдамдығына сәйкес есептеп, ал электродинамиканы Максвелл теңдеулері мен Ом заңын зертханалық жағдайда қолдану арқылы есептеді. Траутонның электродинамикаға қатысты көзқарасына сәйкес, есептеулер зертханалық жағдайда ұзындықтың қысқаруының өлшенетін әсерін болжады. Александр Оливер Ранкинмен бірге ол 1908 жылы оны тексеру үшін, "эфир жылдамдығына" (зертхананың жарық эфирі арқылы жылдамдығы) қатысты бағытын өзгерте отырып, катушканың кедергісінің өзгеруін өлшеуге кірісті. Бұл төрт бірдей катушканы Уитстон көпірі конфигурациясына орналастыру арқылы іске асырылды, бұл оларға кедергідегі кез келген өзгерісті дәл өлшеуге мүмкіндік берді. Содан кейін, кедергі өлшенген кезде тізбек өз осі бойынша 90 градусқа бұрылды. Лоренц-Фицджеральд қысқаруы қозғалыс бағытында ғана болатындықтан, "эфирлік жағдай" тұрғысынан алғанда, катушкалардың ұзындығы эфирлік жылдамдыққа қатысты олардың бұрышына байланысты болды. Сондықтан Траутон мен Ранкиннің ойынша, эксперименттің тыныш жағдайында өлшенген кедергі құрылғыны бұрғанда өзгеруі керек еді. Алайда олардың ұқыпты өлшеулері кедергіде ешқандай анықталмайтын өзгеріс көрсетпеді. Бұл Лоренц-Фицджеральд қысқаруы болса да, ол объектінің тыныш жағдайында өлшенбейтінін көрсетті – тек Лоренцтің толық түрлендіруін қамтитын теориялар ғана, мысалы, арнайы салыстырмалылық теориясы әлі де қолданылады.
The famous Michelson–Morley experiment of 1887 showed that the then accepted aether theory needed to be modified. FitzGerald and Lorentz, independently of each other, proposed a length contraction of the experimental apparatus in the direction of motion (with respect to the luminiferous aether) that would explain the almost null result of the Michelson–Morley experiment. The first attempts to measure some consequences of this contraction in the lab frame (the inertial frame of reference of an observer co moving with the experimental apparatus) were made in the Experiments of Rayleigh and Brace (1902, 1904), though the result was negative. By 1908, however, the then current theories of electrodynamics, Lorentz ether theory (now superseded) and special relativity (now generally accepted, and lacking any aether at all), predicted that the Lorentz–FitzGerald contraction is not measurable in a co moving frame, because these theories were based on the Lorentz transformation. Frederick Thomas Trouton, (after conducting the Trouton–Noble experiment in 1903), instead did the calculations using his own interpretation of electrodynamics, calculating the length contraction according to the velocity of the experimental apparatus in the aether frame, but calculating the electrodynamics by applying Maxwell's equations and Ohm's law in the lab frame. According to Trouton's view of electrodynamics, the calculations then predicted a measurable effect of the length contraction in the lab frame. Together with Alexander Oliver Rankine, he set out to verify this in 1908 by attempting to measure the change of the resistance of a coil as it changed its orientation to the "aether velocity" (the velocity of the lab through the luminiferous aether). This was done by putting four identical coils in a Wheatstone bridge configuration which allowed them to precisely measure any change in resistance. The circuit was then rotated 90 degrees about its axis as the resistance was measured. Because the Lorentz–FitzGerald contraction is only in the direction of motion, from the point of view of the "Aether frame" the length of the coils depended on their angle with respect to their Aether velocity. Trouton and Rankine therefore believed that the resistance as measured in the rest frame of the experiment should change as the device was rotated. However their careful measurements showed no detectable change in resistance. This showed that if the Lorentz–FitzGerald contraction existed, it was not measurable in the rest frame of the object – only theories containing the complete Lorentz transformation, like special relativity, are still valid.