Хаммар эксперимент - Hammar experiment

Эксперимент Хаммара был эксперимент разработан и проведен Густав Вильгельм Хаммар (1935) , чтобы проверить эфирное сопротивление гипотезы . Его отрицательный результат опроверг некоторые конкретные модели сопротивления эфира и подтвердил специальную теорию относительности .

Обзор

Такие эксперименты, как эксперимент Майкельсона-Морли 1887 года (и более поздние эксперименты, такие как эксперимент Траутона-Нобла в 1903 году или эксперимент Траутона-Ренкина в 1908 году), представили доказательства против теории среды для распространения света, известной как светоносный эфир. ; теория, которая в то время была устоявшейся частью науки почти сто лет. Эти результаты ставят под сомнение то, что тогда было центральным предположением современной науки, и позже привели к развитию специальной теории относительности .

В попытке объяснить результаты эксперимента Майкельсона-Морли в контексте предполагаемой среды, эфира, было исследовано много новых гипотез. Одно из предложений заключалось в том, что вместо того, чтобы проходить через статический и неподвижный эфир, массивные объекты, такие как Земля, могут увлекать за собой часть эфира, делая невозможным обнаружение «ветра». Оливер Лодж (1893–1897) был одним из первых, кто провел проверку этой теории, используя вращающиеся массивные свинцовые блоки в эксперименте, в котором была предпринята попытка вызвать асимметричный эфирный ветер. Его испытания не дали заметных результатов, отличных от предыдущих испытаний с эфирным ветром.

В 1920-х годах Дейтон Миллер повторил эксперименты Майкельсона – Морли. В конечном итоге он сконструировал устройство таким образом, чтобы минимизировать массу на пути эксперимента, проводя его на вершине высокого холма в здании, сделанном из легких материалов. Он произвел измерения, показывающие суточную вариацию, предполагающую обнаружение «ветра», который он приписал отсутствию создания массы, в то время как предыдущие эксперименты проводились со значительной массой вокруг их устройства.

Эксперимент

Чтобы проверить утверждение Миллера, Хаммар провел следующий эксперимент, используя интерферометр с общим ходом в 1935 году.

Хаммар эксперимент.svg

С помощью наполовину посеребренного зеркала А он разделил луч белого света на два половинных луча. Один полулучевой луч был направлен в поперечном направлении в толстостенную стальную трубу, оканчивающуюся свинцовыми заглушками. В этой трубе луч отражался зеркалом D и направлялся в продольном направлении к другому зеркалу C на другом конце трубы. Там он отражался и направлялся в поперечном направлении к зеркалу B за пределами трубы. Из B он вернулся в A в продольном направлении. Другая половина луча прошла по тому же пути в противоположном направлении.

Топология светового пути была интерферометром Саньяка с нечетным числом отражений. Интерферометры Саньяка обеспечивают превосходный контраст и стабильность полос, а конфигурация с нечетным числом отражений лишь немного менее стабильна, чем конфигурация с четным числом отражений. (При нечетном количестве отражений движущиеся в противоположные стороны лучи инвертируются в боковом направлении относительно друг друга на большей части светового пути, так что топология слегка отклоняется от строгого общего пути.) Относительная невосприимчивость его устройства к вибрации, механическим воздействиям и температурные эффекты, позволили Хаммару обнаруживать смещение полос всего на 1/10 полосы, несмотря на использование интерферометра на открытом воздухе в открытой среде без контроля температуры.

Подобно эксперименту Лоджа, аппарат Хаммара должен был вызвать асимметрию в любом предложенном эфирном ветре. Хаммар ожидал, что результаты будут следующими: если устройство будет выровнено перпендикулярно ветру эфира, обе длинные руки будут в равной степени подвержены увлечению эфира . Если устройство выровнено параллельно ветру эфира, одна рука будет больше подвержена увлечению эфира, чем другая. Следующие ожидаемые времена распространения встречных лучей были даны Робертсоном / Нунаном:

где - скорость увлеченного эфира. Это дает ожидаемую разницу во времени:

1 сентября 1934 года Хаммар установил аппарат на вершине высокого холма в двух милях к югу от Москвы, штат Айдахо , и провел множество наблюдений, используя аппарат, повернутый во всех направлениях азимута, в светлое время суток 1, 2 сентября и 3. Он не заметил смещения интерференционных полос, соответствующего верхнему пределу в км / с. Эти результаты считаются доказательством против гипотезы сопротивления эфира, предложенной Миллером.

Последствия для гипотезы сопротивления эфира

Основная статья: Гипотеза сопротивления эфира

Поскольку существовали различные идеи «сопротивления эфира», интерпретация всех экспериментов по перетаскиванию эфира может быть сделана в контексте каждой версии гипотезы.

  1. Отсутствие или частичное увлечение каким-либо объектом с массой. Об этом говорили такие ученые, как Огюстен-Жан Френель и Франсуа Араго . Это было опровергнуто экспериментом Майкельсона – Морли .
  2. Полный захват в пределах или вблизи всех масс. Это было опровергнуто Аберрацией света , эффектом Саньяка , экспериментами Оливера Лоджа и эксперимента Хаммара.
  3. Полный захват внутри или вблизи очень больших масс, таких как Земля. Это было опровергнуто Аберрацией света , экспериментом Майкельсона – Гейла – Пирсона .

использованная литература

  1. ^ Лодж, Оливер Дж. (1893). «Проблемы аберрации» . Философские труды Королевского общества А . 184 : 727–804. Bibcode : 1893RSPTA.184..727L . DOI : 10,1098 / rsta.1893.0015 .
  2. ^ Лодж, Оливер Дж. (1897). «Эксперименты об отсутствии механической связи между эфиром и материей»  . Философские труды Королевского общества А . 189 : 149–166. Bibcode : 1897RSPTA.189..149L . DOI : 10,1098 / rsta.1897.0006 .
  3. ^ Дейтон С. Миллер, "Эксперименты по эфирному дрейфу в солнечной обсерватории Маунт Вильсон" , Physical Review (Series II) , V. 19, N. 4, pp. 407-408 (апрель 1922).
  4. ^ Дейтон С. Миллер, «Значение экспериментов поэфирномудрейфу 1925 года на горе Вильсон», обращение президента Американского физического общества, Science , V63, стр. 433–443 (1926). Бумага премии AAAS.
  5. ^ Дейтон С. Миллер, "Эксперименты по эфирному дрейфу на горе Вильсон в феврале 1926 г.", Национальная академия наук , Вашингтон (апрель 1926 г.) { "Протоколы Вашингтонской встречи 23 и 24 апреля 1926 г." , Physical Review (Серия II ), V. 27, N. 6, pp. 812 (июнь 1926 г.)}.
  6. ^ Дейтон С. Миллер, "Эксперимент с эфирным дрейфом и определение абсолютного движения Земли" , Rev. Mod. Phys. , Т. 5, № 3, стр. 203–242 (июль 1933).
  7. ^ а б Г. В. Хаммар (1935). «Скорость света в массивном помещении». Физический обзор . 48 (5): 462–463. Bibcode : 1935PhRv ... 48..462H . DOI : 10.1103 / PhysRev.48.462.2 .
  8. ^ a b c Х. П. Робертсон и Томас В. Нунан (1968). «Эксперимент Хаммара». Относительность и космология . Филадельфия: Сондерс. С. 36–38.
  9. ^ "Интерферометр Саньяка" (PDF) . Колледж оптических наук Университета Аризоны . Проверено 30 марта 2012 года .
  10. ^ Харихаран, P (2007). Основы интерферометрии, 2-е издание . Эльзевир. п. 19. ISBN 978-0-12-373589-8.