M-M kísérlet

Aparadox 16

 

                    

 

A. A. Michelson a Nobel–díját az M–M kísérletért kapta 1906–ban. 

 

Ő volt az első amerikai Nobel–díjas fizikus. 

 

A kísérletet nem, de az értelmezését mindmáig vitatják.

 

 

 

 

     Több készüléket is megépített 1881-1887 között a Potsdami, Berlini és Chichagoi Egyetem maximális támogatását élvezve. A finisben segítője az ugyancsak amerikai Morley volt. Nevük kezdőbetűi alapján M–M kísérlet a szokásos rövidítés.  Eme híres–hírhedt M–M kísérlet volt az, melybe valójában belebukott a klasszikus fizika, és belebukna a modern kvantumfizika is, ha más területeken nem lenne olyannyira sikeres. A kísérlet sokszorosan leellenőrzött, és magát Michelsont még talán manapság is a valaha volt legjobb kísérleti fizikusnak tekintik. 

 

1.  Előzmények

 

A fény sebességét először a jeles francia fizikus, Fizeau mérte ki laboratóriumban 1849-ben. Nagyjából a ma elfogadott c = 300 millió méter/szekundum értéket kapta. Ez megnyugtató, biztos alapnak tűnt, bár nyitva maradt egy aprócska, akkor még elméletinek számító kérdés:

 

 „Mihez képpest is halad a fénysugár c sebességgel?  Ha v sebességgel szembe haladunk a fényforrással, akkor nagyobb fénysebességet észlelünk? Konkrétan  c'=c+v  sebességet?”  

 

 Mi sem logikusabb és természetesebb ennél – mondták magabiztosan. De azért kellene egy kísérleti megerősítés – ettől tudomány a tudomány! 

 

2.       A felkészülés

 

 A fénysugárhoz viszonyított sebesség kimutatására alkalmas optikai készüléket  egy német fizikus találta fel 1858-ban. A korszak nagy fizikusai azonban vonakodtak a feladatot felvállalni. Jól tudták, hogy milyen rendkívüli nehézségekkel jár egy mozgó, rázkódó készülékben kordában tartani a fénysugarakat. Dolgozzanak most már a fiatalok! – gondolták. 

 

  

 

   Sir Oliver Lodge angol fizikusé az érdem, hogy nem hagyta feledésbe merülni a problémát, és több évtizedes unszolás után végre talált egy alkalmasnak tűnő vállalkozót. A nagyon tehetséges és tettvágytól égő fiatal fizikust, Michelsont. 

 

 3.       A készülék

 

 Az M–M kísérlet optikai műszerének alaplapja egy súlyos, kör alakú márványlap volt, mely  higanytócsa tetején úszott. A cél az volt, hogy az épület rezgései ne jussanak át a finom optikai elemekre. A végső mérések idején még a környező vonatokat is leállíttatták, hogy azok döcögése se hatoljon be a talajba. 

 

 

   Az alaplap baloldalán helyezkedett el a fényforrás.  Ez a kor szokásának megfelelően egy zöldessárga fényű  l = 535 nm hullámhosszú tallium lámpa volt. Ennek sugarát osztotta két részre egy FT un. féligáteresztő tükör. A továbbhaladó „A” fényág a T_A tükörig jutott, majd arról visszaverődve újra az FT tükörbe ütközött.  Ez a sugár felét visszaverte és beterelte az alul lévő megfigyelő távcsőbe. A „B” fényút merőleges az előzőre, és referencia-ágnak szokás nevezni.

 

    Amint majd látni fogjuk, mozgatott eszköz esetén mindkét fényágban megnő a sugár futási ideje, ámde szerencsére nem egyforma mértékben. Ennek következtében megváltozik az interferencia csíkok helyzete, és ez a változás pontosan leolvasható a távcső látómezejében elhelyezett skálán. Az érték megadja, hogy hány hullámhossznyi útkülönbség keletkezik a sebesség hatására. A mozgatás sebessége ebből visszaszámolható. 

 

 

 4.   A működési elv

 

 Miért is változik meg a fény futási ideje az „A” fényágban? Nézzük először az  FT-től a T_A tükörig tartó l hosszúságú útszakaszt!  Amíg a fény ezt befutja, addig a T_A tükör is v sebességgel hátrál, ami Dl₁ többlet-utat jelent. A tükörről visszaverődve a fénysugár az FT tükör felé indul, ami ugyancsak v sebességgel, de most szembe-irányban mozog. A fénynek most Dl₂-vel kevesebb utat kell megtennie. A megnyert Dl₂ útszakasz rövidebb, mint az 1. szakaszon elveszített Dl₁.  A Dl₁ – Dl₂ útkülönbséget jelent, mely arányos a v mozgatási sebességgel. A l hullámhossz mérőszámával elosztva azt a DZ_A hullámszámot kapjuk meg, amelyet a távcsőben csík-eltolódás formájában figyelhetünk meg. 

 

   Miért változik meg a fény futási ideje a „B” fényágban? Ez az ág merőleges a mozgatás irányára, ezért az FT tükörből felfelé induló fénysugár a T_B tükörről visszaverődve már elmozdult helyzetben találja az FT tükröt. Ezért a fénysugarat kisé ferdén kell indítani,  így az egy kicsit hosszabb utat fut be. Az út-többlet éppen fele akkora, mint ami az „A” útvonalon előállt.  Ez lefelezi a kimenő jelet. 

 

 

5.  A mérés

 

 A készülék használatakor a karokat fel kell cserélni, azaz 90 fokos elforgatást kell végezni a haladási irányhoz képest. Ezzel a kimenő jel kétszereződik, és végtére is annyi lesz, mintha csak az „A” ágat figyelnénk. A DZ csík-eltolódást a fenti elvek figyelembe vételével a következő képlettel számíthatjuk:

 

 DZ  = 2l * (v² / c²) / l

 

 Az 1887-es végső kísérletben a készülék geometriai adataiból kiindulva a fizikusok  DZ=0,4 csíkeltolódást vártak. 

 

 A kísérlet főbb adatai:

 

   l = 11 méter

 

   l = 535 nanométer

 

   v = 30 000  m/s

 

 6.  Elméleti háttér

 

 Amint látjuk, a fizikusok – közöttük Michelsonnal – rendkívül nagy, v = 30 000 m/s sebességre számítottak.  Ez a Föld keringési sebessége a Nap körül.  „Ennyivel gyorsabbnak fogja érzékelni a műszer egy állócsillag fényének sebességét,” – gondolták. Valójában más esélyük nem is volt a kísérlet elvégzésére, hiszen ilyen óriási sebességet földi körülmények között nem lehet előállítani. Arról nem is beszélve, hogy már egy kis mozgatás is szétrázza az interferencia-képet. 

 

 A mai ember számára meglepő lehet, hogy a műszer fényforrása nem egy állócsillag volt, hanem a márványlapra helyezett, tehát a Földdel illetve a műszerrel együttmozgó tallium-lámpa.  Ez az elrendezés igen erős szemléletváltást igényel, ezért vissza kell helyezkednünk a XIX. században élő természettudósok szemléletébe és ismeretvilágába. Ennek kapcsán jelentős kitérőt kell tennünk. 

 

 7.  Az éter története

 

 Az 1880-as években már adottak voltak a Maxwell-egyenletek, valamint az elvárás, hogy a fény, és  az elektromágneses hullámok fénysebességgel terjednek.  A fénysebességet pedig elméleti úton is meghatározták, c=(e₀*m₀)^-0,5. Ebben a képletben az e₀ és a m₀ az éter elektromágneses paraméterei. Az éter volt az  űrt kitöltő láthatatlan folyadék, melynek hullámaiban öltött testet a fény, ez közvetítette az elektromos és gravitációs erőket stb. A korabeli fizikusok  számára az éter léte triviális és megkérdőjelezhetetlen volt.  Számukra a talajon és a laboratóriumban orkánerejű éterszél fújt, mégpedig a mozdulatlan étertengerben keringő Föld pályasebességének megfelelő sebességgel. „Ugyan miért is mozgatnánk a fényforrást, ha ez az éterszél amúgy is magával sodorja a tallium-lámpáról leszakadó fénysugarat?  Elegendő ide-oda forgatni a készüléket, hogy változzék a szélirány a fényutakhoz képest.” 

 

      Az éter biztos pontja maradt a fizikai világképnek egészen 1919-ig. Ekkor végezte el Eddington a híres napfogyatkozás kísérletet, amely alátámasztotta Einstein jóslatát a Nap körüli kétszeres fénygörbülésről.  Csak ez után kezdték a fizikusok komolyan venni a relativitást, amely viszont nem tűri el az étert.  E kettő tűz és víz! 

 

      Einstein taktikusan, lépésről-lépésre szorította ki az étert központi szerepéből a perifériára. A mai fiatalok már alaptalannak és komolytalannak tartják a fogalmat, miközben csak félre vannak vezetve.  Valójában a térgörbület, a relatív sebesség egyeduralma, és a fénysebességi határ az, ami komolytalan, és nélkülözi a valós fizikai alapokat. 

 

      Időről-időre Einstein is ráébredt arra, hogy üres térben nem működik a fizika.  Ilyenkor szokott nyíltságával ezt ki is mondta. Például a BBC rádió interjú-sorozatában, 1926-ban. A köztes időszakokban viszont  ráeszmélt arra, hogy ez nem fér össze elméletével, és ugyanazzal a meggyőződéses hittel mondogatta az ellenkezőjét. A mai fizika nem fogadja el sem az üres, sem az éterrel teli vákuum képzetét. Afféle langyos állásponton áll, azaz van is benne valamicske ez-az, de ha megszorítják, akkor az olyan híg, hogy szinte nincs is.  A fizikusok többsége – jobbat nem tudván – maga is e langyos állásponton van.  Aki pedig nem, az megütheti a bokáját. 

 

 8.  Az M–M értelmezése

 

 Lorentz és Fitzgerald

 

nem sokkal az ominózus 1887-es kísérlet után már talált is egy lehetséges kiutat. Feltették, hogy a sebesség hatására a testek megrövidülnek, kontrakciót szenvednek.  Mégpedig éppen akkora a kontrakció, hogy az kiegyenlíti az „A” kar mentén beálló fényút növekedést.  Igencsak bizarr ötlet volt ez, bár egykönnyen nem cáfolható. De most már ne is próbálkozzunk a cáfolással, ugyanis a hipotézis mára már bizonyítást nyert.  Az RHIC  gyorsítóban a fénysebességet erősen megközelítve az aranyatomok magja palacsintává lapult, menetirányba eső méretük 1%-ra zsugorodott. Az effektus tehát létezik, de mégsem ez lehet a magyarázat. 

 

      Igen valószínűtlen, hogy az L-F kontrakció éppen kiegyenlítse a fényút változásait. Ha ugyanis eltűnik a jel az „A” karnál, akkor még mindig ott van a „B” kar, melyre nem hat a kontrakció. 

 

Albert Einstein

 

is analizálta az M–M kísérletet – természetesen a relativitás alapján. Null-eredményt kapott, hiszen nem mozog semmi. (Bár ha úgy gondoljuk, akkor sebesen mozog minden.) Mint látni fogjuk, ez a null-eredmény minden bizonnyal téves. 

 

 Jánossy Lajos

 

az 1950-es években Angliában tanította a relativitáselméletet, amikor a Kormány úgy döntött, hogy haza édesgeti a híres tudóst.  Építettek neki Csillebércen egy kutatóintézetet – KFKI –, aminek nem lehetett ellenállni. Ekkorra azonban már nem dicsérte, hanem bírálta a rel állításait, számos könyvet írva értelmezési  problémáiról. Egyben alapos ismertetőt adott a korábbi kísérletekről, és ismertette saját verzióját. Ennek legfontosabb eleme, hogy a Földet (és minden más égitestet) éterburok vesz körül, ami együtt mozog vele.  Ez a teória első hallásra a „modern” fizika emlőin nevelt ember számára legalább annyira bizarr lehet, mint az L-F hipotézis.  Azonban lassan kezdjünk hozzászokni a gondolathoz, hogy e hipotézis közel jó, az M–M kísérletre pedig helyes választ ad. Ha ugyanis az éter tényleg hozzátapad a Földhöz, akkor nincs éterszél, nincs effektus. 

 

 Valójában

 

az éter együtt mozog a Földdel, azonban nem forog együtt vele. A föld az ami forog az éterben. Ez utóbbi tény mind a H-K, mind az M-G kísérletből kitűnik. A bányavágatokban megépített óriás méretű M-G interferométer optikai úton mutatta ki a Föld forgását.  Ez csak akkor lehetséges, ha a  körben járó fénysugár hordozóközege, az éter nem forog együtt a földel. Nota bene, egy kicsit se forog. Ezt onnan lehet tudni, hogy az interferométer pontosan az 1 fordulat/nap forgási tempót jelezte ki. 

 

      Mivel a Föld benne forog az éterben, mégis csak kellene jelentkeznie némi éterszélnek a felszínen. Mint tudjuk, Cichago a 42 szélességi fokon fekszik, ehhez pedig mintegy 344 m/s talajfelszíni sebesség tartozik. Ez azonban túl kicsiny érték, ezt az interferométer nem volt képes kimutatni. 

 

A GPS műholdak

 

3880 m/s sebessége is az álló éterre vonatkozik, nem pedig a forgó földfelszínre.  Egyébként is ez utóbbi   sebesség értelmezhetetlen, mert a felszín változó sebességűnek látszik a műhold ferde pályasíkjából nézve. A sebesség a fedélzeti atomóra lassúbb járását okozza, – jelesül 7240  ns/nap időértéket – amit fellövés előtt figyelembe is vesznek.  Az óra ritmusát cca. 38590 ns/nap értékkel elállítják.  (Ebben már benne van a magasságból eredő kompenzáció is.)  Mindez egyértelműen igazolja a Földdel együttmozgó, de nem együttforgó éter jelenlétét és meghatározó szerepét. 

 

 9.  Új utak

 

Az M–M kísérletet el lehetne végezni az űrben is.  Immáron évtizedek óta kérik kívülállók az erre illetékes szervezeteket – NAS (az Akadémia) és a NASA – hogy tegyen be egy interferométert egy űrszondába.  Abban ideális rezgésmentes környezet áll rendelkezésre, továbbá a Jupiter felé haladva óriási sebességre tenne szert. Fontos szempont lenne az is, hogy így kikerülne a Földdel együtt mozgó éterből. Eme relatíve olcsó kísérletre mindeddig nem került sor. Valószínű, hogy az érintettek is sejtik annak elméleti veszélyeit.

 

 

 

Tulajdonképpen sor került már egy ilyen M–M típusú kísérletre még a korábbi Voyager űrmisszió kapcsán. Ahogyan utólag elmesélték, a Jupiter közelében az űrszonda felgyorsult, és merev hangolású rádióvevője  már nem vette a Földi rádióadást. A földi irányítók kénytelenek voltak magasabb frekvencián küldeni a parancsjeleket. Mindez az un. doppler-hatás következménye volt, hiszen a szonda növekvő sebességgel távolodott a rádió-forrástól, illetve az őt hátulról közelítő rádióhullámoktól. Ezért nagyobb hullámhosszú, kisebb frekvenciájú jelek érték a vevőjét, és nem erre volt eredetileg ráhangolva.

 

     A jelenség fordítottja is bekövetkezett, amikor a felgyorsult szonda adását próbálták venni a földi vevővel. Annak a jelnek is lecsökkent a frekvenciája. Szerencsére ezt a problémát könnyű volt orvosolni, mert a rádió technikus egyszerűen arrébb csavargatta a keresőgombot, mindaddig, amíg a lecsökkent frekvenciájú jel újra meg nem jelent teljes intenzitással. Nyilvánvaló, hogy mindkét jelenség az M–M kísérlet ténylegesen megvalósított változata az űrszonda által, amely változó frekvenciával jelezte ki megváltozott sebességét a rádióhullámokhoz képest.

 

 

 10.      Következtetések

 

 Amint fentebb is láttuk, az M–M kísérlet negatív eredményére sokféle lehetséges magyarázat született.  Ezek döntő többsége természetes, fizikai alapokon nyugvó fogalmakkal építkezet. Kivétel a relativitáselmélet, mert ez a teória ingoványos talajra és absztrakt világba vezet bennünket.  Legsúlyosabb hibája mégis az, hogy kigolyózta az étert a fizikából.  Szerencsére a természetből nem tudta kitörölni. Ott megmaradt, és időről-időre megmutatja magát.

 

  

 

Tassi Tamás

 

aparadox.hupont.hu  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Oldal: M-M kísérlet
aPARADOXON, a természettudomány ideiglenes kudarcai - © 2008 - 2024 - aparadox.hupont.hu

Az, hogy weboldal ingyen annyit jelent, hogy minden ingyenes és korlátlan: weboldal ingyen.

ÁSZF | Adatvédelmi Nyilatkozat