Эксперимент Хаммара и проверка гипотезы о вовлечении эфира.
Hammar experiment
Эксперимент Хаммара (1935) проверил гипотезу о сопротивлении эфира. Отрицательный результат подтвердил специальную теорию относительности и опроверг устаревшую теорию эфира.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Эксперимент Хаммара был экспериментом, разработанным и проведенным Густафом Вильгельмом Хаммаром (1935) для проверки гипотезы о сопротивлении эфира. Его отрицательный результат опроверг некоторые конкретные модели сопротивления эфира и подтвердил специальную теорию относительности.
The Hammar experiment was an experiment designed and conducted by Gustaf Wilhelm Hammar (1935) to test the aether drag hypothesis. Its negative result refuted some specific aether drag models, and confirmed special relativity.
Обзор
Эксперименты, такие как эксперимент Майкельсона-Морли 1887 года (а позднее другие эксперименты, такие как эксперимент Траутона-Нобля в 1903 году или эксперимент Траутона-Ранкина в 1908 году), предоставили доказательства против теории среды для распространения света, известной как светоносный эфир; теории, которая на протяжении почти ста лет считалась общепринятой в науке. Эти результаты поставили под сомнение ключевое предположение современной науки того времени и впоследствии привели к разработке специальной теории относительности. В попытке объяснить результаты эксперимента Майкельсона-Морли в рамках концепции предполагаемой среды – эфира – было рассмотрено множество новых гипотез. Одной из них было предположение, что массивные объекты, такие как Земля, вместо того чтобы проходить сквозь статический и неподвижный эфир, могут увлекать за собой часть эфира, делая тем самым невозможным обнаружение "ветра". Оливер Лодж (1893–1897) одним из первых попытался проверить эту теорию, используя вращающиеся массивные свинцовые блоки в эксперименте, направленном на создание асимметричного эфирного ветра. Его тесты не дали ощутимых результатов, отличающихся от предыдущих тестов на наличие эфирного ветра. В 1920-х годах Дейтон Миллер повторил эксперименты Майкельсона-Морли. В конечном итоге он сконструировал установку таким образом, чтобы минимизировать массу вдоль пути эксперимента, проводя его на вершине высокого холма в здании, построенном из легких материалов. Он получил измерения, показывающие суточные колебания, что указывало на возможное обнаружение "ветра", которое он объяснил отсутствием массы вблизи аппаратуры, в то время как предыдущие эксперименты проводились с существенной массой вокруг установки.
Experiments such as the Michelson–Morley experiment of 1887 (and later other experiments such as the Trouton–Noble experiment in 1903 or the Trouton–Rankine experiment in 1908), presented evidence against the theory of a medium for light propagation known as the luminiferous aether; a theory that had been an established part of science for nearly one hundred years at the time. These results cast doubts on what was then a very central assumption of modern science, and later led to the development of special relativity. In an attempt to explain the results of the Michelson–Morley experiment in the context of the assumed medium, aether, many new hypotheses were examined. One of the proposals was that instead of passing through a static and unmoving aether, massive objects like the Earth may drag some of the aether along with them, making it impossible to detect a "wind". Oliver Lodge (1893–1897) was one of the first to perform a test of this theory by using rotating and massive lead blocks in an experiment that attempted to cause an asymmetrical aether wind. His tests yielded no appreciable results differing from previous tests for the aether wind. In the 1920s, Dayton Miller conducted repetitions of the Michelson–Morley experiments. He ultimately constructed an apparatus in such a way as to minimize the mass along the path of the experiment, conducting it at the peak of a tall hill in a building that was made of lightweight materials. He produced measurements showing a diurnal variance, suggesting detection of the "wind", which he ascribed to the lack of mass making while previous experiments were carried out with considerable mass around their apparatus.
Эксперимент
Чтобы проверить утверждение Миллера, Хаммар в 1935 году провёл следующий эксперимент, используя интерферометр с общим путём. С помощью полупрозрачного зеркала А он разделил луч белого света на два полулуча. Один полулуч был направлен в поперечном направлении в стальную трубу с толстыми стенками, закрытую свинцовыми заглушками. Внутри трубы луч отражался от зеркала D и направлялся в продольном направлении к другому зеркалу C, расположенному на другом конце трубы. Там он отражался и направлялся в поперечном направлении к зеркалу B, находящемуся снаружи трубы. От B луч возвращался к A в продольном направлении. Другой полулуч проходил по тому же пути, но в противоположном направлении. Топология светового пути соответствовала интерферометру Сагнака с нечётным числом отражений. Интерферометры Сагнака обеспечивают отличную контрастность и стабильность интерференционной картины, а конфигурация с нечётным числом отражений лишь незначительно менее стабильна, чем конфигурация с чётным числом отражений. (При нечётном числе отражений противоположно направленные лучи по большей части пути испытывают боковую инверсию относительно друг друга, что несколько отклоняет топологию от строгого общего пути.) Относительная устойчивость его установки к вибрациям, механическим напряжениям и температурным воздействиям позволила Хаммару регистрировать смещения интерференционных полос, составлявшие всего 1/10 полосы, несмотря на то, что интерферометр использовался на открытом воздухе без контроля температуры. Подобно эксперименту Лоджа, установка Хаммара должна была вызывать асимметрию в любом предполагаемом эфирном ветре. Хаммар ожидал следующих результатов: при ориентации установки перпендикулярно эфирному ветру, обе длинные плечи должны были быть одинаково подвержены увлечению эфиром. При ориентации установки параллельно эфирному ветру, одно плечо должно было быть подвержено увлечению эфиром в большей степени, чем другое. Следующие ожидаемые времена распространения встречных лучей были рассчитаны Робертсоном и Нунаном:
To test Miller's assertion, Hammar conducted the following experiment using a common path interferometer in 1935. Using a half silvered mirror A, he divided a ray of white light into two half rays. One half ray was sent in the transverse direction into a heavy walled steel pipe terminated with lead plugs. In this pipe, the ray was reflected by mirror D and sent into the longitudinal direction to another mirror C at the other end of the pipe. There it was reflected and sent in the transverse direction to a mirror B outside of the pipe. From B it traveled back to A in the longitudinal direction. The other half ray traversed the same path in the opposite direction. The topology of the light path was that of a Sagnac interferometer with an odd number of reflections. Sagnac interferometers offer excellent contrast and fringe stability, and the configuration with an odd number of reflections is only slightly less stable than the configuration with an even number of reflections. (With an odd number of reflections, the oppositely traveling beams are laterally inverted with respect to each other over most of the light path, so that the topology deviates slightly from strict common path.) The relative immunity of his apparatus to vibration, mechanical stress and temperature effects, allowed Hammar to detect fringe displacements as little as 1/10 of a fringe, despite using the interferometer outdoors in an open environment with no temperature control. Similar to Lodge's experiment, Hammar's apparatus should have caused an asymmetry in any proposed aether wind. Hammar's expectation of the results was that: With the apparatus aligned perpendicular to the aether wind, both long arms would be equally affected by aether entrainment. With the apparatus aligned parallel to the aether wind, one arm would be more affected by aether entrainment than the other. The following expected propagation times for the counter propagating rays were given by Robertson/Noonan:
где – скорость увлечённого эфира. Это даёт ожидаемую разницу во времени:
where is the velocity of the entrained aether. This gives an expected time difference:
1 сентября 1934 года Хаммар установил установку на вершине холма в двух милях к югу от города Москва, штат Айдахо, и провёл множество наблюдений, поворачивая установку во всех направлениях азимута в светлое время суток 1, 2 и 3 сентября. Он не обнаружил смещения интерференционных полос, что соответствует верхнему пределу км/с. Эти результаты рассматриваются как опровержение гипотезы увлечения эфира, предложенной Миллером.
On September 1, 1934, Hammar set up the apparatus on top of a high hill two miles south of Moscow, Idaho, and made many observations with the apparatus turned in all directions of the azimuth during the daylight hours of September 1, 2, and 3. He saw no shift of the interference fringes, corresponding to an upper limit of km/s. These results are considered a proof against the aether drag hypothesis as it was proposed by Miller.
Последствия гипотезы эфира
Поскольку существовали различные представления о "сопротивлении эфира", интерпретация всех экспериментов по исследованию сопротивления эфира может быть проведена в контексте каждой версии гипотезы. Отсутствие или частичное увлечение любым объектом, обладающим массой. Это обсуждалось такими учеными, как Огюстен Жан Френель и Франсуа Араго. Эта концепция была опровергнута экспериментом Майкельсона — Морли. Полное увлечение внутри или вблизи всех тел, обладающих массой. Это было опровергнуто аберрацией света, эффектом Сагнака, экспериментами Оливера Лоджа и экспериментом Хаммара. Полное увлечение внутри или вблизи только очень массивных тел, таких как Земля. Это было опровергнуто аберрацией света и экспериментом Майкельсона — Гейла — Пирсона.
Because differing ideas of "aether drag" existed, the interpretation of all aether drag experiments can be done in the context of each version of the hypothesis. None or partial entrainment by any object with mass. This was discussed by scientists such as Augustin Jean Fresnel and François Arago. It was refuted by the Michelson–Morley experiment. Complete entrainment within or in the vicinity of all masses. It was refuted by the Aberration of light, Sagnac effect, Oliver Lodge's experiments, and Hammar's experiment. Complete entrainment within or in the vicinity of only very large masses such as Earth. It was refuted by the Aberration of light, Michelson–Gale–Pearson experiment.