Эксперимент Майкельсона – Гейла – Пирсона

Эксперимент Майкельсона-Гейла-Пирсона (1925) представляет собой модифицированный вариант эксперимента Майкельсона и Саньяка-интерферометре. Он измерил эффект Саньяка, вызванный вращением Земли, и, таким образом, проверил теории специальной теории относительности и светоносного эфира вдоль вращающейся системы координат Земли.

Цель, как это было впервые предложено Альбертом А. Майкельсоном в 1904 году, а затем выполнено в 1925 году, заключалась в том, чтобы выяснить, влияет ли вращение Земли на распространение света в окрестностях Земли. Эксперимент Майкельсона-Гейла представлял собой очень большой кольцевой интерферометр (периметр 1,9 км), достаточно большой, чтобы определять угловую скорость Земли. Как и в оригинальном эксперименте Майкельсона-Морли, версия Майкельсона-Гейла-Пирсона сравнивала свет от одного источника (угольная дуга) после прохождения в двух направлениях. Основное изменение заключалось в замене двух «плеч» оригинальной версии MM на два прямоугольника, один намного больше другого. Свет направлялся в прямоугольники, отражаясь от зеркал по углам, и возвращался 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 - смещение в полосах, площадь в квадратных километрах, широта (41 ° 46 '), скорость света, угловая скорость Земли, используемая эффективная длина волны. Другими словами, этот эксперимент был направлен на обнаружение эффекта Саньяка, вызванного вращением Земли. ${\ displaystyle \ Delta}$${\ displaystyle A}$${\ displaystyle \ phi}$${\ displaystyle c}$${\ displaystyle \ omega}$${\ displaystyle \ lambda}$

Результатом эксперимента было то, что угловая скорость Земли, измеренная астрономами, была подтверждена с точностью до 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 бы вывести, где должна быть центральная интерференционная полоса, если бы сдвиг был нулевым. Измеренный сдвиг составлял 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 Майкельсон в 1904 году, положительный результат таких экспериментов противоречит гипотезе 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. 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 во время полного 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 ( координаты Борна ), но в этих системах скорость света больше не постоянна в протяженных областях, поэтому также в этой точке зрения должен иметь место положительный результат. Сегодня эффекты типа Саньяка из-за вращения Земли обычно включаются в GPS.

1. ^ ^{a b} Майкельсон, AA (1904). «Относительное движение Земли и эфира». Философский журнал. 8 (48): 716–719. DOI : 10.1080 / 14786440409463244.
2. Перейти ↑ Michelson, AA (1925). "Влияние вращения Земли на скорость света, I." Астрофизический журнал. 61 : 137. Bibcode : 1925ApJ.... 61..137M. DOI : 10.1086 / 142878.
3. ^ Майкельсон, AA; Гейл, Генри Г. (1925). «Влияние вращения Земли на скорость света, II». Астрофизический журнал. 61 : 140. Bibcode : 1925ApJ.... 61..140M. DOI : 10.1086 / 142879.
4. ^ Андерсон, Р., Билгер, HR, Стедман, Дж. Э.; Билгер; Стедман (1994). «Эффект Саньяка: век интерферометров вращения Земли». Являюсь. J. Phys. 62 (11): 975–985. Bibcode : 1994AmJPh..62..975A. DOI : 10.1119 / 1.17656. CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
5. ^ Stedman, GE (1997). «Кольцевые лазерные тесты по фундаментальной физике и геофизике» (PDF). Отчеты о достижениях физики. 60 (6): 615–688. Bibcode : 1997RPPh... 60..615S. DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 60/6/001. Архивировано из оригинального (PDF) 09 марта 2020 года.
6. ^ Георг Йоос : Lehrbuch der Theoretischen Physik. 12. издание, 1959 г., стр. 448
7. ^ Capderou, Мишель (2014). Справочник по спутниковым орбитам: от Кеплера до GPS (иллюстрированный ред.). Springer Science amp; 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 (иллюстрировано под ред.). Springer Science amp; Business Media. п. 11. ISBN   978-94-017-0528-8. Отрывок страницы 11