Эксперимент Майкельсона – Гейла – Пирсона - Michelson–Gale–Pearson experiment

В Эксперимент Майкельсона – Гейла – Пирсона (1925) - модифицированная версия Эксперимент Майкельсона-Морли и Саньяк-Интерферометр. Он измерил Эффект Саньяка из-за Вращение Земли, и таким образом проверяет теории специальная теория относительности и светоносный эфир вдоль вращающейся рамы земной шар.

Эксперимент

Цель, как она была впервые предложена Альберт А. Михельсон в 1904 году, а затем казнен в 1925 году, он должен был выяснить, влияет ли вращение Земли на распространение света в окрестностях Земли.^[1][2][3] Эксперимент Майкельсона-Гейла представлял собой очень большой кольцевой интерферометр (периметр 1,9 километра), достаточно большой, чтобы определять угловую скорость Земли. Как оригинал Майкельсон-Морли В эксперименте версия Майкельсона-Гейла-Пирсона сравнивала свет от одного источника (угольная дуга) после прохождения в двух направлениях. Основное изменение заключалось в замене двух «рычагов» оригинальной версии MM на два прямоугольники, один намного больше другого. Свет был отправлен в прямоугольники, отражаясь от зеркала по углам и вернулся в исходную точку. Свет, выходящий из двух прямоугольников, сравнивался на экране так же, как свет, возвращающийся из двух плеч, был бы в стандартном эксперименте ММ. Ожидаемый сдвиг полосы в соответствии со стационарным эфиром и специальной теорией относительности был определен Майкельсоном как:

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

где ${\displaystyle \Delta }$ это смещение полос, ${\displaystyle A}$ площадь в квадратных километрах, ${\displaystyle \phi }$ широта (41 ° 46 '), ${\displaystyle c}$ скорость света, ${\displaystyle \omega }$ угловая скорость Земли, ${\displaystyle \lambda }$ используемая эффективная длина волны. Другими словами, этот эксперимент был направлен на обнаружение Эффект Саньяка из-за вращения Земли.^[4][5]

Результат

Результатом эксперимента было то, что угловая скорость Земли, измеренная астрономами, была подтверждена с точностью измерения. Кольцевой интерферометр эксперимента Майкельсона-Гейла не был откалиброван путем сравнения с внешним эталоном (что было невозможно, поскольку установка была прикреплена к Земле). Из его конструкции можно было вывести, где должна быть центральная интерференционная полоса, если бы сдвиг был нулевым. Измеренный сдвиг составил 230 частей на 1000, с точностью 5 частей на 1000. Прогнозируемый сдвиг составлял 237 частей на 1000. Согласно Майкельсону / Гейлу, эксперимент совместим как с идеей стационарного эфира, так и со специальной теорией относительности.

Как уже указывал Михельсон в 1904 г.^[1], положительный результат таких экспериментов противоречит гипотеза полного сопротивления эфира, поскольку вращающаяся поверхность Земли испытывает эфирный ветер. Напротив, эксперимент Майкельсона-Морли показывает, что Земля полностью увлекает эфир в своем орбитальном движении, в результате чего возникает нулевой эфирный ветер, противоположный орбитальной скорости. Эти два результата не являются несовместимыми сами по себе, но в отсутствие модели для их согласования они более точны, чем объяснение обоих экспериментов в рамках специальной теории относительности.^[6] Эксперимент соответствует теории относительности по той же причине, что и все другие эксперименты типа Саньяка (см. Эффект Саньяка ). То есть вращение является абсолютным в специальной теории относительности, потому что не существует инерциальной системы отсчета, в которой все устройство находится в состоянии покоя в течение всего процесса вращения, поэтому световые пути двух лучей различны во всех этих системах отсчета, следовательно, должен наступить положительный результат. Также возможно определить вращающиеся системы отсчета в специальной теории относительности (Родившиеся координаты ), но в этих кадрах скорость света больше не постоянна на протяженных участках, поэтому и с этой точки зрения должен иметь место положительный результат. Сегодня эффекты типа Саньяка из-за вращения Земли обычно включаются в GPS.^[7][8]

Рекомендации

1. Михельсон, А.А. (1904). «Относительное движение Земли и эфира». Философский журнал. 8 (48): 716–719. Дои:10.1080/14786440409463244.
2. Михельсон, А. А. (1925). "Влияние вращения Земли на скорость света, I." Астрофизический журнал. 61: 137. Bibcode:1925ApJ .... 61..137M. Дои:10.1086/142878.
3. Michelson, A. A .; Гейл, Генри Г. (1925). «Влияние вращения Земли на скорость света, II». Астрофизический журнал. 61: 140. Bibcode:1925ApJ .... 61..140M. Дои:10.1086/142879.
4. Anderson, R., Bilger, H.R., Stedman, G.E .; Билгер; Стедман (1994). «Эффект Саньяка: век интерферометров вращения Земли». Am. J. Phys. 62 (11): 975–985. Bibcode:1994AmJPh..62..975A. Дои:10.1119/1.17656.
5. Стедман, Г. Э. (1997). «Кольцевые лазерные испытания фундаментальной физики и геофизики» (PDF). Отчеты о достижениях физики. 60 (6): 615–688. Bibcode:1997РПФ ... 60..615С. Дои:10.1088/0034-4885/60/6/001.
6. Георг Йоос: Lehrbuch der Theoretischen Physik. 12. издание, 1959 г., стр. 448
7. Капдеру, Мишель (2014). Справочник по спутниковым орбитам: от Кеплера к GPS (иллюстрированный ред.). Springer Science & Business. п. 716. ISBN  978-3-319-03416-4. Выдержка страницы 716
8. Рицци, Гвидо; Руджеро, Маттео Лука (2013). Относительность во вращающихся системах отсчета: релятивистская физика во вращающихся системах отсчета (иллюстрированный ред.). Springer Science & Business Media. п. 11. ISBN  978-94-017-0528-8. Отрывок страницы 11