Michelson–Gale–Pearson-experiment

Michelson -Gale-Pearson-experimentet (1925) är en modifierad version av Michelson-Morley-experimentet och Sagnac-interferometern . Den mätte Sagnac-effekten på grund av jordens rotation , och testar således teorierna om speciell relativitet och lysande eter längs jordens roterande ram .

Experimentera

Syftet, som det först föreslogs av Albert A. Michelson 1904 och sedan avrättades 1925 av Michelson och Henry G. Gale , var att ta reda på om jordens rotation har en effekt på ljusets utbredning i närheten av jorden. Michelson-Gale-experimentet var en mycket stor ringinterferometer, (en omkrets på 1,9 kilometer), tillräckligt stor för att detektera jordens vinkelhastighet. Liksom det ursprungliga Michelson-Morley- experimentet jämförde Michelson-Gale-Pearson-versionen ljuset från en enda källa (kolbåge) efter att ha färdats i två riktningar. Den stora förändringen var att ersätta de två "armarna" i den ursprungliga MM-versionen med två rektanglar , en mycket större än den andra. Ljus skickades in i rektanglarna, reflekterade från speglar i hörnen och återvände till utgångspunkten. Ljus som lämnade de två rektanglarna jämfördes på en skärm precis som ljuset som återvände från de två armarna skulle vara i ett standard MM-experiment. Den förväntade kantförskjutningen i enlighet med den stationära etern och den speciella relativiteten gavs av Michelson som:

$\Delta ={\frac {4A\omega \sin \phi }{\lambda c}}$

där $\Delta$ är förskjutningen i fransar, $A$ arean i kvadratkilometer, $\phi$ latituden (41° 46'), $c$ hastigheten av ljus, $\omega$ jordens vinkelhastighet, $\lambda$ den effektiva våglängden som används. Med andra ord, detta experiment syftade till att upptäcka Sagnac-effekten på grund av jordens rotation.

Resultat

Resultatet av experimentet var att jordens vinkelhastighet mätt med astronomi bekräftades inom mätnoggrannhet. Ringinterferometern för Michelson-Gale-experimentet kalibrerades inte i jämförelse med en extern referens (vilket inte var möjligt eftersom installationen var fixerad till jorden). Från dess utformning kunde man utläsa var den centrala interferenskanten borde vara om det skulle vara nollförskjutning. Det uppmätta skiftet var 230 delar på 1000, med en noggrannhet på 5 delar på 1000. Det förutspådda skiftet var 237 delar på 1000. Enligt Michelson/Gale är experimentet förenligt med både idén om en stationär eter och speciell relativitet.

Som det redan påpekades av Michelson 1904, motsäger ett positivt resultat i sådana experiment hypotesen om fullständig eterdrag, eftersom jordens snurrande yta upplever en etervind. Michelson-Morley-experimentet visar tvärtom att en hypotetisk eter inte kunde röra sig i förhållande till jorden, det vill säga när jorden kretsar skulle den behöva dra med sig etern. Dessa två resultat är inte oförenliga i sig, men i avsaknad av en modell för att förena dem är de mer ad hoc än förklaringen av båda experimenten inom speciell relativitet. Experimentet överensstämmer med relativitetsteori av samma anledning som alla andra experiment av Sagnac-typ (se Sagnac-effekten ). Det vill säga, rotation är absolut i speciell relativitet, eftersom det inte finns någon tröghetsreferensram där hela enheten är i vila under hela rotationsprocessen, sålunda är ljusbanorna för de två strålarna olika i alla dessa ramar, följaktligen ett positivt resultat måste uppstå. Det är också möjligt att definiera roterande ramar i speciell relativitet ( Born coordinates ), men i dessa ramar är ljusets hastighet inte längre konstant i utsträckta områden, så även i denna uppfattning måste ett positivt resultat inträffa. Idag är Sagnac-effekter på grund av jordens rotation rutinmässigt inbyggda i GPS .