Экспериментальное обнаружение эфира. Ошибка Майкельсона.

[Prickolist]

В 19-м веке все учёные считали, что существует некая общемировая пространственная субстанция, именуемая коротким словом "эфир".
Именно он, в представлениях того времени, был переносчиком взаимодействий между телами, являлся универсальной системой отсчёта, и так далее, и тому подобное.
В общем и целом, с эфиром картина мира выглядела достаточно ясно, стройно и логично.
Проблемы начались тогда, когда Майкельсон провёл свой знаменитый опыт (опыт Майкельсона).
Результирующая интерференционная картина должна была меняться при повороте установки, но она не менялась.
Почему так – было совершенно непонятно.
Майкельсон неоднократно переделывал свой опыт, но искомое изменение картинки при вращении так и не происходило.
В попытках объяснить неудачи Майкельсона разные учёные выдвигали всевозможные гипотезы.
Одним из них был Х.А.Лоренц, железно убеждённый в том, что эфир всё-таки существует.
Пытаясь "спасти" эфир, он выдвинул весьма странную на первый взгляд версию неудачи опыта Майкельсона.
Он предположил, что при движении сквозь эфир все предметы определённым образом сжимаются вдоль направления движения.
Тогда обнаружение эфира в классическом варианте эксперимента Майкельсона становится принципиально невозможно.
Просто по причине компенсирующего влияния продольного линейного сжатия.
Стоит подчеркнуть, что эфир при таком раскладе не обнаруживается не потому, что его нет, а потому что два эффекта, один из которых возникает в результате поворота, а другой – в результате лоренцевого сжатия, накладываются друг на друга, давая в сумме нулевой результат.
Все многочисленные повторы и перепроверки опыта Майкельсона по сути своей являлись его полным аналогом с тем же самым слабым звеном.
И по той же самой причине обнаружить эфир в них не получилось.

Возникла удивительная ситуация.
С одной стороны, официально общепринятыми считаются безэфирные представления о мире вкупе с теорией относительности.
С другой стороны, необнаружимость эфира в классическом эксперименте Майкельсона может объясняться банальным лоренцевым сокращением, возникающим по факту движения сквозь эфир.

Но как определить, кто был прав?
Эйнштейн, заявивший, что "эфира нет"?
Или Лоренц, утверждавший, что "эфир есть, но мы его не обнаруживаем из-за соответствующего сжатия установки"?
А очень просто.
Надо переделать опыт Майкельсона так, чтобы движение относительно эфира обнаруживалось бы, даже с учётом лоренцева сокращения.

Допустим, что Лоренц был прав, и тела испытывают продольное сжатие при движении сквозь эфир.
Почему установка Майкельсона не обнаруживает эфир?
Потому что оба расщеплённых на полупрозрачном зеркале луча движутся по пути "туда-обратно", что и обуславливает стопроцентную взаимную компенсацию противоположно действующих эффектов.
Сам Лоренц математически показал это сотню с лишним лет назад.
Значит, чтобы обнаружить эфир, один из лучей надо направить как-нибудь иначе, и, разумеется, траектории двух лучей не должны быть одинаковыми.
Например, вот так:


(Движение "туда-обратно" для нижнего луча необходимо, чтобы уравнять общую длину пути обоих лучей).
Нехитрые расчёты показывают, что в этом случае интерференционная картина будет изменяться при повороте установки относительно направления движения сквозь эфир, даже если лоренцево сокращение действительно существует.
И теперь остаётся чисто опытным путём проверить, кто же всё-таки был прав, Лоренц или Эйнштейн?



Описание эксперимента.

Поскольку при больших углах отражения могут возникнуть сильные искажения, было решено сделать установку немного иначе, нежели в вышеприведённом примере.
Принципиальная схема:

1 – источник когерентного излучения
2 – полупрозрачное зеркало (далее в тексте - ПЗ)
3 – сплошное зеркало (далее СЗ)
4 – экран

В качестве источника когерентного излучения использовалась зелёная лазерная указка.
Длина волны 532нм.
Попытка использовать обычные зеркала закончилась неудачей из-за чрезмерно сильных искажений, создаваемых дефектами отражающих поверхностей.
Поэтому надлежащего, оптического, качества зеркала (и сплошные, и полупрозрачные) пришлось отдельно заказывать на фирме, специализирующейся в данной области.
В качестве экрана использовался обычный лист бумаги, для жёсткости прикрепленный к картону.
Общая длина пути лучей от одного ПЗ до другого ≈154,4см.
Расстояние от первого ПЗ до первого верхнего СЗ ≈30,2см.
От второго верхнего СЗ до второго ПЗ расстояние тоже ≈30,2см.
Расстояние между зеркалами для второго луча подбиралось таким образом, чтобы общая длина пути двух лучей была равна друг другу.
Общий вид установки:




В качестве держателей для экрана использовались обычные пластиковые уголки:


Держатели для зеркал выглядят так:




Верхняя фанерная часть крепится к нижней винтом с потайной головкой (на фото его не видно), что позволяет легко вращать зеркало в горизонтальной плоскости.
Нижняя часть крепится к основе установки кусочком монтажной двусторонней клейкой ленты, с одной стороны от зеркала.
С другой стороны находится регулировочный винт, вращением которого можно регулировать вертикальный наклон зеркала.
Зеркало вставляется в паз, образованный сточенными углами верхней фанерной части, и приклеенным картоном:

Размер каждого зеркала 30X30мм.

Ход эксперимента и результаты.

При первом же тестировании установки стало понятно, что получающаяся интерференционная картинка имеет слишком маленькие линейные размеры для качественного документирования результатов (осуществления видеозаписи).
Поэтому вслед за вторым ПЗ пришлось поставить линзу.
Луч лазерной указки после прохождения через линзу превращается в круглое пятно с дифракционными максимумами и минимумами, присущими самой указке.
Для получения более наглядной картинки желательно пропускать луч через щель.
Самый простой способ сделать ровную щель – прикрепить к плоской основе два острых лезвия.
Для этого использовался обычный пластилин.
Это позволяет при необходимости произвольно менять ширину щели:

Щель ставится между указкой и первым ПЗ.

После настройки всей установки полученная интерференционная картина выглядит примерно так:


Остаётся только выяснить, будет ли меняться полученная интерференционная картина при повороте установки, или нет.
Первая же проверка даёт положительный результат.
Она изменяется!
Для документальной фиксации динамических изменений, возникающих при повороте, использовалась видеокамера, установленная в центре установки.
Полученные записи выложены в интернете.
Вращение по часовой стрелке:
http://www.youtube.com/watch?v=-6To2lgQjKA
Против часовой стрелки:
http://www.youtube.com/watch?v=RNE8Eh1-Hi0

Дальнейшие исследования показали, что степень сдвига интерференционных полос относительно угла поворота весьма ощутимо зависит от времени суток, и от ориентации самой установки по сторонам света.

Выводы.
Проведённый при помощи данной, видоизменённой установки Майкельсона, опыт показывает ясно и чётко выраженное существование анизотропии пространства относительно поворота.
Зависимость результатов вращения установки от времени суток и от ориентации по сторонам света однозначно доказывает, что обнаруженная анизотропия пространства возникает из-за движения Земли относительно неподвижного мирового эфира.
И самый главный вывод стоит выделить отдельно.
Данный эксперимент однозначно доказывает, что мировой эфир – существует.

[photon]

Грубый, бесполезный эксперимент, результаты которого не говорят ни о чём... Ну во всяком случае не говорят о том, чего Вы ожидали от него. Начиная с замечаний, что в

Prickolist в сообщении #760020 писал(а):

чтобы уравнять общую длину пути обоих лучей

нет необходимости, а если бы и была, то Вам это не удастся столь грубыми способами, что

Prickolist в сообщении #760020 писал(а):

В качестве источника когерентного излучения использовалась зелёная лазерная указка.

длина когерентности лазерных указок - единицы сантиметров, но это в данном случае тоже несущественно, и, заканчивая тем, что хлипкая конструкция с пластиковыми уголками и листом бумаги, прикрепленным к картону, болтается как хочет при попытках ее повернуть.

[EEater]

Prickolist в сообщении #760020 писал(а):

Нехитрые расчёты показывают, что в этом случае интерференционная картина будет изменяться при повороте установки относительно направления движения сквозь эфир, даже если лоренцево сокращение действительно существует.
И теперь остаётся чисто опытным путём проверить, кто же всё-таки был прав, Лоренц или Эйнштейн?

Странная идея.
Лоренц отлично знал, что никакие опыты (а не только классический опыт М.) не обнаруживают эфирного ветра. Поэтому он подбирал физическую модель, которая соответствовала бы этим реалиям.
Если бы ваш опыт был серьезным, он показал бы, наоборот, неправоту Лоренца.
Впрочем, Лоренц и сам понял, что одним только сокращением длин не отделаться от эфира. И ввел еще и относительность времени. В результате получил модель, дающую те же результаты, что СТО.

[Munin]

EEater в сообщении #760047 писал(а):

Впрочем, Лоренц и сам понял, что одним только сокращением длин не отделаться от эфира. И ввел еще и относительность времени. В результате получил модель, дающую те же результаты, что СТО.

Более точно, он и получил СТО (по крайней мере, её часть - преобразования Лоренца; до завершённого вида её довели независимо Пуанкаре и Эйнштейн).

[zubik67]

Не поленился и посмотрел видео. Да, дрожит от дрожания установки при повороте. Других изменений интерференционной картины не видно.

[Someone]

Prickolist в сообщении #760020 писал(а):

Проведённый при помощи данной, видоизменённой установки Майкельсона, опыт показывает ясно и чётко выраженное существование анизотропии пространства относительно поворота.

Ничего Ваш "опыт" не показывает, кроме вибраций установки.
Майкельсон, чтобы избежать вибраций, поставил установку на массивную каменную плиту, а плита плавала в ванне с ртутью. А Вы, небось, на столе её крутите.

Prickolist в сообщении #760020 писал(а):

(Движение "туда-обратно" для нижнего луча необходимо, чтобы уравнять общую длину пути обоих лучей).

Опыт Майкельсона повторялся с интерферометром, у которого длины плеч сильно различались. Результат нулевой.

Prickolist в сообщении #760020 писал(а):

Значит, чтобы обнаружить эфир, один из лучей надо направить как-нибудь иначе, и, разумеется, траектории двух лучей не должны быть одинаковыми.

У Вас лучи охватывают ненулевую площадь. Поэтому в игру должен вступить ещё эффект Саньяка, который используется в лазерных гироскопах.

P.S. А это, случайно, не тот же "экспериментатор", который делал аналогичный "опыт" с установкой, смонтированной на длиннющем деревянном брусе? Он нам тоже какое-то видео демонстрировал. Он, правда, фиксировал не смещение интерференционной картины (эффект второго порядка), а смещение луча под напором эфирного ветра (эффект первого порядка).

[Xey]

Конечно установка сыровата, но это же как коммерческий космос.
Я бы подвесил на нетолстой нитке, сама бы крутилась, и нужны многократные измерения.
В дальнейшем подравнять плечи , запустив белый свет, термостатировать,
автоматизировать отсчет положения полосы, набирать статистику.

[zubik67]

Допустим, теория эфира верна. Куда, в таком случае, должны сдвигаться полосы при повороте установки
а) по часовой стрелке
б) против часовой стрелки?
как это согласуется с временем суток?

[VladimirKalitvianski]

А я где-то читал что теория эфира может иметь место, если только эфир согласуется с идеей относительности. Собственно, Теория Лоренца так и развивалась.

[Munin]

VladimirKalitvianski
В современной экспериментальной физике под эфиром понимается произвольное классическое поле, нарушающее лоренц-инвариантность, ненулевое и в лабораторных масштабах константное. Ищут прежде всего векторное, хотя мне пришло в голову, что старшие тензорные ранги тоже никто не запрещал.

Собственно, поиски такого поля ведутся, но уже часто не называются поисками эфира.

[мат-ламер]

Prickolist Не надо ничего двигать! Включите Вашу установку на 12 часов (если батарейки выдержат) и не дышите на неё. Только смотрите за интерфереционной картиной. Земля сама развернёт Вашу установку. Ждём дальнейших результатов.

[nikvic]

мат-ламер в сообщении #760231 писал(а):

Включите Вашу установку на 12 часов (если батарейки выдержат) и не дышите на неё.

Бесполезно - температура, влажность, чооорный глаз

[diletant10]

(Оффтоп)

Prickolist. Хотите обнаружить "эфир" - вращайте свой прибор в вертикальной плоскости на горизонтальной оси!

[Munin]

diletant10 в сообщении #760323 писал(а):

Хотите обнаружить "эфир" - вращайте свой прибор в вертикальной плоскости на горизонтальной оси!

Не поможет. Такой вариант опыта Майкельсона-Морли тоже был поставлен (и чуть ли даже не самим Майкельсоном). Тоже нулевой результат.

[Prickolist]

photon в сообщении #760043 писал(а):

Грубый, бесполезный эксперимент, результаты которого не говорят ни о чём... Ну во всяком случае не говорят о том, чего Вы ожидали от него. Начиная с замечаний, что в

Prickolist в сообщении #760020 писал(а):

чтобы уравнять общую длину пути обоих лучей

нет необходимости, а если бы и была, то Вам это не удастся столь грубыми способами, что

Prickolist в сообщении #760020 писал(а):

В качестве источника когерентного излучения использовалась зелёная лазерная указка.

длина когерентности лазерных указок - единицы сантиметров, но это в данном случае тоже несущественно, и, заканчивая тем, что хлипкая конструкция с пластиковыми уголками и листом бумаги, прикрепленным к картону, болтается как хочет при попытках ее повернуть.

Вот как раз уравнивать длину пути именно необходимо, поскольку длина когерентности в моём случае не превышает одного-двух сантиметров.
А насчёт хлипкости - конструкция не самая прочная, но изображение получается вполне неплохое и достаточно устойчивое, чтобы наблюдать искомый эффект.

zubik67 в сообщении #760092 писал(а):

Не поленился и посмотрел видео. Да, дрожит от дрожания установки при повороте. Других изменений интерференционной картины не видно.

Someone в сообщении #760103 писал(а):

Ничего Ваш "опыт" не показывает, кроме вибраций установки.

Странно, что вы ничего не увидели.
Наверное, очень сильно не хотели.

-- 06.09.2013, 05:21 --

EEater в сообщении #760047 писал(а):

Странная идея.
Лоренц отлично знал, что никакие опыты (а не только классический опыт М.) не обнаруживают эфирного ветра. Поэтому он подбирал физическую модель, которая соответствовала бы этим реалиям.
Если бы ваш опыт был серьезным, он показал бы, наоборот, неправоту Лоренца.
Впрочем, Лоренц и сам понял, что одним только сокращением длин не отделаться от эфира. И ввел еще и относительность времени. В результате получил модель, дающую те же результаты, что СТО.

Нет никакого эфирного ветра.
И я нигде ни единым словом его не упомянул.
Эфир, с моей точки зрения, абсолютно неподвижен, металло-кристаллоподобен.
Именно таким его и представляли, до опыта Майкельсона.
Возможно, вы не совсем точно представляете, о чём говорил Лоренц.
В представлениях Майкельсона должно было быть так:
Время движения первого луча (вдоль эфира) $\frac{l_1}{c-v}+\frac{l_1}{c+v} = \frac{2 c l_1}{c^2 - v^2}= \frac{2 l_1}{c} \gamma^2$
Время движения второго луча (поперёк эфира) $\frac{2 l_2}{\sqrt{c^2-v^2}}=\frac{2 l_2}{c} \gamma$
После поворота на 90 градусов:
Время первого луча (поперёк) $\frac{2 l_1}{\sqrt{c^2-v^2}}=\frac{2 l_1}{c}\gamma$
Время второго луча (вдоль) $\frac{2 c l_2}{c^2 - v^2}= \frac{2 l_2}{c} \gamma^2$
Разница разностей времён двух лучей:
$(\frac{2 l_1}{c}\gamma^2 - \frac{2 l_2}{c}\gamma) - (\frac{2 l_1}{c}\gamma - \frac{2 l_2}{c}\gamma^2) = \frac{2}{c} (\gamma^2-\gamma) (l_1+l_2)\ne 0$
Лоренц же предположил, что при движении сквозь эфир тела испытывают продольное сжатие.
То есть соответствующие длины надо делить на гамму.
Тогда получается:
$(\frac{2 l_1}{c}\gamma - \frac{2 l_2}{c}\gamma) - (\frac{2 l_1}{c}\gamma - \frac{2 l_2}{c}\gamma) = 0$
что поворот интерферометра Майкельсона в любом случае будет давать нулевой результат.
Независимо от соотношения длин плеч.

-- 06.09.2013, 05:37 --

Немного математики.

Формула для расчёта времени движения луча в эфире (без учёта лоренцевого сжатия), в аналитическом виде:
$t=\frac{l v \cos \alpha + l \sqrt{c^2-v^2 \sin^2 \alpha}}{c^2-v^2}$
Где l - длина пути, v - скорость движения установки относительно эфира, альфа - угол между лучом, и вектором скорости движения установки относительно эфира.
Нулевым считается угол, при котором луч и установка движутся относительно эфира сонаправленно.
Не трудно заметить, что при углах 0, 90, 180 градусов получаются всем известные $t=\frac{l}{c-v}, t=\frac{l}{\sqrt{c^2-v^2}}, t=\frac{l}{c+v}$
Дальше остаётся просто просчитать на компьютере интересующие нас варианты.
Для наглядности и уменьшения трудоёмкости расчётов лучше воспользоваться какой-нибудь программой типа Excel.

Сначала был сделан расчёт для классического опыта Майкельсона (ещё раз подчеркну, что это - без учёта лоренцевого сжатия).
Поскольку в моём опыте от первого ПЗ до второго луч проходит примерно 1,5 метра, то и опыт М. рассчитывался для плеч длиной 0,75 метра (туда-обратно - 1,5).
Результаты таковы:

Сдвиг весьма невелик.
Потому и неудивительно, что Майкельсон впоследствии увлёкся гигантоманией.
Хотя обнаружить этот сдвиг было бы вполне возможно, если бы не лоренцево сжатие.

После этого был сделан расчёт для моей установки.
Путь верхнего луча состоит из 3 отрезков:
(альфа=135;l=0,3)+(альфа=0;l=0,9)+(альфа=-135;l=0,3)
Путь нижнего луча состоит из 3 отрезков:
(альфа=0;l=0,6)+(альфа=180;l=0,5)+(альфа=0;l=0,4)
Результаты расчётов таковы:


Как нетрудно заметить, максимально возможный сдвиг по фазе при идеальном раскладе превышает 9 длин волны!
То есть данный вариант установки более, чем в 300 раз эффективнее классического интерферометра Майкельсона такого же размера, и по сути своей равноценен и.М. с длиной плеч, равной 240 метров.
И это - без учёта лоренцева сжатия.
С учётом этого сжатия установка М. вообще становится абсолютно бесполезной, и в принципе своём неспособной зафиксировать движение сквозь эфир.
А на данную установку лоренцево сжатие влияет весьма несущественно.

Стоит отметить, что идеальные 30км/с бывают крайне редко.
Как правило, вертикальная составляющая скорости движения сквозь эфир оказывается весьма значительной.
И типичная горизонтальная скорость при экспериментах оказывается равной 10-20км/с, поэтому и сдвиг оказывается не столь значительным.
Получаемые экспериментальные данные великолепно согласуются с приведёнными расчётами.

=================

Не менее важна и другая часть расчётов.
Как зависит степень сдвига фаз, при повороте установки на одинаковый угол, в зависимости от направления относительно эфира?
Расчёт делался для поворота с шагом 15 градусов.
Результаты расчёта:



То есть, согласно расчётам, при равномерном вращении от направления вдоль эфира скорость сдвига фаз постепенно увеличивается, достигает максимума, потом уменьшается до нуля, после чего происходит сдвиг в обратную сторону, по той же схеме.

Именно такая картина сдвига и наблюдается в реальности.
Именно это и поразумевалось, когда говорилось, что сдвиг картины зависит от направления установки по сторонам света.

Приведённые расчёты позволяют теперь уже со стопроцентной уверенностью считать существование эфира абсолютно доказанным.