L'expérience de Michelson- Morley

4.2 Michelson- Morley et l'inconstance de vitesse de la lumière
4.2.1 Contexte et interprétation actuelle
L'expérience de Michelson et Morley a été conçu pour mesurer le mouvement de la Terre à travers l'éther , un milieu hypothétique qui permet à la lumière comme une onde de voyager à travers l'espace.
La vitesse de la lumière ( c) voyager à travers l'éther allait changer à partir d'une certaine valeur ( c + v) lorsque la lumière se déplaçait dans le même sens que l'éther à une autre valeur (cv) lorsque la lumière voyage dans le sens inverse de l'éther .
L'appareil utilisé dans cette expérimentation était un interféromètre optique construit par Michelson , et comprenant , en principe, à une source de lumière , un miroir semi-transparent en verre , deux miroirs , et un télescope . Les miroirs sont placés à angle droit par rapport à l'autre et à égale distance de la plaque de verre , qui est orientée à un angle de 45 ° par rapport aux deux miroirs . Les miroirs sont montés sur un support rigide qui tourne librement sur ​​un bassin rempli de mercure liquide , afin de réduire la friction.
La lumière d'une source L est divisé en deux faisceaux par un miroir semi- argenté en P. Les faisceaux sont réfléchis à deux miroirs de S1 et S2 , respectivement, et revenir à travers le miroir semi-transparent pour le télescope , où l'observateur a noté le nombre de franges d'interférence .
Dans l'expérience après la séparation , un fascicule de propagation de la lumière dans une direction parallèle à la vitesse d'un châssis mobile , et l'autre parcourir la même distance dans une direction perpendiculaire. Le temps de vol dans cette direction différente est calculée et sur ​​la base de la théorie des ondes , si il ya un temps différent de vol d'une image d' interférence doit apparaître . Dans la figure 4.4 l'interféromètre est censé se déplacer verticalement à une vitesse v par rapport à l' éther .

Figure 4.4 dispositif simplifié de MM

Le temps de vol peut être calculé sur la PS1P des chemins

(4.1)
(4.2)

Le chemin PS2P le chemin de lumière observée serait un angle

Figure 4.5

Par le théorème de Pythagore :

 (4.3)
   (4.4)

La différence de temps est:

(4.5) where 

 Si l'interféromètre est tourné de 90 degrés :

    (4.6)
 (4.7)
L'interféromètre devrait enregistrer des changements sociaux à rotation en raison des différents horaires des vols .
Le résultat de cette expérience a été un résultat « nul » apparent . Autrement dit, les temps de parcours semble être la même , ce qui suggère qu'il n'y avait pas éther portant les ondes lumineuses. La précision de leur résultat , précisément , la vitesse ou la terre par rapport à n'importe quel cadre de l'éther doit être inférieur à 8 km / s , bien que la vitesse orbitale de la Terre est de 30 km / sec.
Sur une période de près de 50 ans , l'expérience de Michelson - Morley a été répétée avec des niveaux croissants de sophistication. Le résultat global est un niveau élevé de confiance que le décalage de longueur d'onde correspond à zéro .
Lorentz et Fitzgerald proposées première explication à ce résultat nul expérimental , que l'on appelle «l'hypothèse de contraction " , sans modifier les concepts du classique physic et en gardant intact le concept d'éther au repos.
Selon cette étude, quand quelque chose est en mouvement, il se contracte dans le sens qu'il se déplace . Par conséquent, un bras de l'interféromètre , parallèlement au mouvement de l'éther serait raccourci de cette somme, et pas de changement de frange serait obtenue lorsque l'instrument est mis en rotation . Même aujourd'hui, il ya encore des scientifiques qui croient que l'éther est en quelque sorte lié à la Terre et l'expérience de MM n'a pas mesurer.
Einstein maintient la forme de transformation de Lorenz mais changer l'interprétation . En utilisant le second postulat lié à la vitesse constante de la lumière indépendant du mouvement relatif de l'observateur les résultats nuls de MM expérience est évidente.

explication proposée

Il est nécessaire de mettre en évidence l'inutilité du concept de l'éther dans une théorie corpusculaire de la lumière , de sorte qu'il n'est pas la peine de discuter à propos de cet article .
Dans une interprétation corpusculaire , l'interférence de lumière , si elle apparaît , peut être interprété prise en compte de la dispersion d'un faisceau de photons en raison d'un obstacle spécifique .
Ce n'est pas le cas pour l'expérience MM, où les interférences lumineuses est censé ot être causé par un retard d'une partie du fascicule après la séparation , ce qui est impossible en principe.
Seulement dans quelques textes aspects pratiques concernant les expériences MM sont décrits , et il est important de faire une revue d'entre eux.
Le miroir argenté de la moitié est constituée par une feuille de verre avec une couche mince d' argent appliquée sur une face comme sur la figure 4.6 .

Figure 4.6 miroir argenté

Dans le dispositif ( fig. 4.4 ) , fascicule PS1P est d'abord réfléchi par le miroir semi- argenté à P , à nouveau réfléchi par le miroir en S1 et après ce passage une fois par demi-miroir argenté et arriver au détecteur . Le fascicule passer qu'une seule fois par feuille de verre sur l'ensemble de ce voyage.
La deuxième PS2P fascicule de passer une fois par demi-miroir argenté à P , est réfléchie à S2 , et passe à nouveau à travers la moitié de miroir argenté ( deux fois) , et après cela, arrivent sur ​​le détecteur . Ce fascicule , pratiquement passer trois fois par feuille de verre.
Afin de compenser cette différence de trajet à travers le verre , un compensateur ( un morceau de verre - P ') est introduite dans le fascicule PS1P afin d'avoir le même chemin optique à travers le verre pour les deux faisceaux.
D'un , vague théorie " point de vue , est expérimentalement impossible de mettre en place le même , le chemin » pour les deux fascicules , parce qu'il est impossible de réaliser des couches de même épaisseur au niveau de précision requis par cette expérience. En supposant dans un arrangement régulier d'atomes , il serait nécessaire de réaliser des couches avec le même nombre d' atomes dans la ligne. Malheureusement verre est amorphe donc un problème supplémentaire apparaît.
Mais l'esprit inventif de l'homme a dépassé cet obstacle d'une façon différente . Avec le dispositif fixé dans une position, le compensateur est conçu et s'adapter à travers plus hésitants et pas , ingérence » n'existe . Après que l'ensemble du dispositif est tourné et observateur cherche l' , ingérence " modification du modèle.
De la théorie corpusculaire , la rotation de l'ensemble de l'instrument afin d'obtenir des franges d'interférence est dépourvu de sens , tant la lumière a une nature corpusculaire , car il est impossible d'obtenir une dispersion de fascicule en raison de la décélération d'un fascicule .
Mais d'un point de vue corpusculaire , autant les faisceaux voyagent dans ces chemins différents moments et cette expérience ancienne , avec de petits changements peuvent prouver deux choses :
• Propagation de la lumière n'a pas la même vitesse dans les bras de l'interféromètre ;
• vitesse de la lumière est modifiée après un fascicule de lumière est passée à travers une feuille transparente et débouche à nouveau dans l'air par rapport à la vitesse du fascicule réfléchie .
Dans le dispositif de modification , au lieu d' un observateur humain capable d'observer les franges d'interférence , une cellule de photons en mesure d'enregistrer l'intensité du faisceau lumineux est installé. Avec ce simple changement , en principe, il est possible de tracer l'intensité en fonction du temps , et de déterminer si un fascicule arrive à l'avance . Le problème concerne les différences entre les deux fascicules qui sont sous les limites réelles de détection pour être comptés. Garder le même trajet optique pour les deux fascicules du temps, la différence due au mouvement orbital de la Terre est d'environ 10 exp ( -16) s , une différence trop petit pour être comptés.
Mais il ya une possibilité d'augmenter cette différence si le chemin à travers le verre est inégal pour les fascicules en fente .
Dans une théorie corpusculaire de la lumière d'un fascicule de lumière passant à travers une couche de verre perdre une partie de son énergie et quand sortir de la vitesse des photons est inférieure à l' avant d'entrer dans la couche de verre. Dans l'expérience proposée, si le trajet de l'un fascicule à travers le verre est fait plus alors autre trajet de la différence entre les temps d'arrivée des deux faisceaux en fente peut être effectué autour 10exp ( -10 ) s . Une telle différence peut être observée au moins qualitativement sur ​​un terrain de l'intensité en fonction du temps fascicule . Sur un terrain d'au moins une bosse due à l'arrivée d' un fascicule à l'avance doit être détectée comme sur la figure 4.7

Figure 4.7 Variation attendue de l'intensité fascicule

Une expérience défectueux (MM) a une interprétation physique réelle sur le même niveau. La modification proposée à l'expérience de MM originale fait clairement la différence entre l'interprétation réelle et l'interprétation corpusculaire proposée. Le retard exact d'un fascicule en raison de la nécessité de la couche de verre , d'une part , une description de l'interaction lumière avec la matière , sujet développé dans le futur livre optique .
L'expérience MM en théorie proposée n'a rien à voir avec le fondement de la théorie de la relativité .