Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Интерферометриялық эксперименттерде, мысалы Микельсон-Морли экспериментінде, жолақ ығысуы – компоненттік көздер арасындағы фазалық қатынас өзгерген кезде "жолақтардың" үлгісінің қалай өзгеретінін көрсетеді. Жолақ үлгісін жасаудың көптеген тәсілдері бар, бірақ Микельсон типіндегі интерферометрлердегі тұрақты жолақ үлгісі бастапқы көзді екі жеке сәулеге бөлуден және оларды көру бетінде әртүрлі түсу бұрыштарында қайта біріктіруден туындайды. Толқындардың көру бетіндегі өзара әрекеттесуі құрылғылық және бұзушылық интерференция арасында кезектесіп өтеді, нәтижесінде қара және ақ сызықтар тізбегі пайда болады. Мысалы, Микельсон интерферометрінде бір жолақ – жарық көзінің бір толқын ұзындығын көрсетеді және ол бір жарқын сызықтың ортасынан келесі сызықтың ортасына дейін өлшенеді. Жолақтың физикалық ені жарық сәулелері компоненттерінің түсу бұрыштарының айырмашылығымен анықталады, бірақ оның физикалық еніне қарамастан, ол әлі де жарықтың бір толқын ұзындығын білдіреді.
In interferometry experiments such as the Michelson–Morley experiment, a fringe shift is the behavior of a pattern of “fringes” when the phase relationship between the component sources change. A fringe pattern can be created in a number of ways but the stable fringe pattern found in the Michelson type interferometers is caused by the separation of the original source into two separate beams and then recombining them at differing angles of incidence on a viewing surface. The interaction of the waves on a viewing surface alternates between constructive interference and destructive interference causing alternating lines of dark and light. In the example of a Michelson Interferometer, a single fringe represents one wavelength of the source light and is measured from the center of one bright line to the center of the next. The physical width of a fringe is governed by the difference in the angles of incidence of the component beams of light, but regardless of a fringe's physical width, it still represents a single wavelength of light.
Тарихи мәнмәтін
1887 жылғы Майклсон-Морли экспериментінде екі сәуленің дәл тең қолдармен жүріп өткен қашықтығы тең емес болуы күтілді, себебі бұл идея қазір қолданылмайды – жарық тек жарық эфирінің тыныш тұру қабатында ғана C жылдамдығымен механикалық толқын ретінде тарайды деп есептелді. Жердің осы қабат арқылы қозғалысы интерферометрдің қозғалмалы қабатында жергілікті эфир "желін" тудырады деп саналды, сияқты автомобиль тыныш ауадан өткенде ішіндегілерге желдің сезімін ұялатады. Тарихшының қателігіне жол бермеу өте маңызды, және бұл экспериментаторлар механикалық толқынның эфирдің біртекті және изотропты ортасында әртүрлі жылдамдықпен таралатынын күтпегенін атап өту керек. Толқындар ежелден зерттелген, ал математикалық тұрғыдан 1700 жылдардан бері Жан ле Ронд д’Алембер жұмыстарынан бастап зерттелді. Дегенмен, жарық жылдамдығының тұрақтылығы туралы қазіргі заманғы түсінігіміз толқындардың қосымша, жаңа, «механикалық емес» санатына енгізілуіне және электромагниттік толқындардың жаңа 4D мінез-құлқына мүмкіндік береді, бұл Майклсон-Морли экспериментінің не өлшейтінін түбегейлі өзгертеді. Бұл жаңа түсінік тек Эйнштейн мен Минковскийдің жұмысынан кейін ғана пайда болды, электромагниттік толқындар енді механикалық деп есептелмейді, сондықтан эксперименттің түсіндірілуі заманауи көзқарас бойынша өзгертілді. Қазір біз бұл эксперименттің Микельсон мен сол кездегі эфир теориялықтары күткен жол ұзындығының айырмашылығын емес, әртүрлі бағыттардағы жарық жылдамдығын салыстыруға арналғанын қабылдаймыз.
In the 1887 Michelson–Morley experiment, the round trip distance that the two beams traveled down the precisely equal arms was expected to be made unequal because of the, now deprecated, idea that light is constrained to travel as a mechanical wave at the speed C only in the rest frame of the luminiferous aether. The Earth's presumed motion through that frame was believed to cause a local aether "wind" in the moving frame of the interferometer like a car passing through still air creates an apparent wind for those inside. It is crucial to avoid the Historian's fallacy and note that these experimenters did not expect that a mechanical wave would travel varying speeds within a homogenous isotropic medium of aether. Waves have been studied since antiquity and mathematically at least since Jean le Rond d'Alembert in the 1700s. Our modern understanding of the constancy of light, however, grants the additional, new, "non mechanical," categorization of waves and subsequent new 4D behavior for electromagnetic waves that radically alters the interpretation of what the Michelson Morley experiment actually measures. It was only since the work of Einstein and Minkowski that waves of a non mechanical nature were conceived of and electromagnetic waves are no longer considered mechanical, therefore the experiment's interpretation is changed for modern sources. We now believe it to compare the speed of light in different directions instead of the path length difference expected by Michelson and the aether theorists of the time.
Қашықтық пен жылдамдықтың болжамы
Қазіргі заманғы түсінігіне қайшы, олар бұл эксперименттің жарық жылдамдығын өлшеуге арналғанын күтпеді, бірақ жарық жүріп өткен "шынайы" қосымша қашықтықтардың өзгеруін, демек, "көрінетін" жылдамдықтарды өлшеуге тырысты. Жарықтың мінез-құлқы үшін заманауи экспериментпен бірдей болжамдалған механикалық толқын жүйесінде, Жердің қозғалысы желге қарай бағытталған толқындардың жетекші айнаға "жете алуына" себеп болар еді, ол эфирлік кеңістікте жарық көзінің бастапқы орнынан тікелей қашып бара жатыр. Бірақ жарық эксперимент қозғалысына перпендикуляр бағытталған қолдар бойында желмен "қатар" қозғалып, аз әсер ететін еді. Осылайша, қайықпен жүріп бара жатқан бақылаушының өтуімен су толқындарының қозғалысы шектелгендей, эфирдегі жарықтың болжамдалған механикалық толқындары да қозғалатын экспериментке ілесу үшін "көп эфирді аралап өтуі" керек еді. Эфирлік кеңістіктегі толқындар қозғалатын экспериментке және бақылаушыға "жету" үшін үлкен қашықтықты жүреді. Қозғалатын эксперименттің аясында бұл фазалық үйлесімді өзгертетін келу уақытының айырмашылығына әкелуі керек еді. (Құрылған) қозғалатын интерферометрдің кеңістігінде айналар арасындағы аралықтың өлшенген теңдігі келу уақытының айырмашылығымен бірге жарық жылдамдығының айырмашылығын көрсетеді, бұл қазіргі түсінік. Қазіргі салыстырмалық теория бойынша эфирлік түсіндірмедегі "көрінетін жылдамдық айырмашылығы" жылдамдықтың нақты айырмашылығы ғана болуы мүмкін, сондықтан біз эксперимент әрқашан нөлдік нәтиже береді деп күтеміз. Сондықтан, Микельсон-Морли эксперименті – қазіргі заманғы көзқарас пен арнайы салыстырмалық теория аясындағы жарық жылдамдығын екі бағытта өлшеу эксперименті болып табылады, ол эксперимент заманындағы жарық туралы механикалық "эфирлік толқын" түсінігін ығыстырды.
Contrary to modern understanding of this experiment, they did not expect it to measure the speed of light, but alterations of the supposedly "true" additional distances of light's travel and therefore only "apparent" measured speeds. In the mechanical wave system presumed for light's behavior which was contemporary with the experiment, Earth's movement would cause the waves directed into the wind to have to "catch up" to the leading mirror which, in the aether frame, would be escaping directly away from initial position of the light source, but the light would merely move "across" the wind along the arms perpendicular to the experiment's motion and would be less affected. Thus, like water waves constrained to move in the frame of the water moving past an observer rowing a boat, the presumed mechanical waves of light in the aether would have to "traverse more aether" to keep up with the moving experiment. IE waves travel greater distance in the aether frame to "catch up" to the moving experiment and observer. In the frame of the moving experiment this should result in a time of arrival difference that causes a change to phase alignment. In the frame of the (presumed) moving interferometer, the measured equality of the space between the mirrors combined with a difference in arrival time would also appear to indicate a difference in light's speed which is now the current understanding. Under the modern relativistic explanation the "apparent speed difference" of the aether explanation could only be a real difference in speed, thus we now expect the experiment to always be null. The Michelson Morley is, therefore, a two way speed of light experiment in the context of the modern perspective and Special relativity which now replaces the mechanical "aether wave" understanding of light that was contemporary with the experiment.
Нәтижелер
Қазіргі заманда бұл эксперимент тек жылдамдықты өлшеу деп есептелсе де, сол кездегі механикалық толқын теориясы "қосымша жол ұзындығына" сәйкес келетін шеттердің ығысуын күткен. Есептеулер бойынша, бұл детекторға келу уақытының өзгеруіне және 0,4 толқын ұзындығына тең фазалық ығысуға алып келуі тиіс еді. Яғни, интерферометрдің қолдары эфир ағынына қарай және қарсы бағытта бұрылғанда, тік шеттер көрермен үшін 0,4 шет еніне солға да, оңға да жылғалы керек еді, яғни максимумнан минимумға дейін барлығы 0,8 шетке дейін. Микельсон күтілген көрсеткіштің тек 1/6 және 1/4 бөлігі ғана табылды деп хабарлады.
While in a modern context this experiment is assumed to only measure speed, the mechanical wave theory of the time expected a fringe shift to match the "additional path length." It was calculated to result in a offset arrival time at the detector and a phase shift of 0.4 wavelengths. This means that as the interferometer's arms were spun to face into and against the aether wind, the vertical fringe lines should have moved across the viewer 0.4 fringe widths left and right for a total of 0.8 fringes from maximum to minimum. Michelson reported that only between one sixth and one quarter of the expected reading was found.