Experimentul Michelson-Morley, cel mai faimos experiment eşuat din istorie care a stat la baza teoriei relativităţii a lui Einstein

La începutul secolului al XIX-lea, savanţii nu ştiau dacă lumina este o undă sau o particulă. În 1801, un fizician pe nume Thomas Young a clarificat problema cu un experiment. A trecut o lumină prin două fante orientate spre un perete, producând un tipar de lumină asemănător unui cod de bare. Dacă sursa de lumină producea doar un flux de particule, imaginea rezultată ar fi avut forma celor două fante. Însă, tiparul rezultat era un indiciu clar că undele se răspândeau şi interferau unele cu altele, relatează Curiosity.

Dar acest lucru aducea o nouă problemă, întrucât toate undele cunoscute aveau nevoie de un mediu prin care să treacă. Deoarece lumina călătoreşte de la Pământ la Soare şi de la alte stele la Terra, fizicienii au determinat că trebuie să fie o substanţă care există în Univers. Au numit această substanţă „eter” şi au decis ca aceasta avea nevoie de anumite proprietăţi bizare. Ar trebui să fie ceva ce se găseşte oriunde dar care nu ar interacţiona cu materia obişnuită (sună ca materia întunecată, dar nu este acelaşi lucru). Până în 1887, fizicieni precum Albert Michelson şi Edward Morley erau convinşi că eterul ar putea purta doar unde de lumină, fiind determinaţi să dovedească această ipoteză într-un experiment.

• Câmpul magnetic străvechi al Sistemului Solar, descoperit cu ajutorul asteroidului Ryugu
• Soarele ar putea avea o altă compoziție decât se credea până acum, propun astronomii

Albert Michelson, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică în 1907. Credit: Wikipedia

Pentru a înţelege experimentul Michelson-Morley, trebuie înţeles „vântul” eteric. Să spunem că Pământul este precum o maşină care merge într-o zi fără vânt. Chiar dacă nu bate vântul, dar scoţi mâna pe geam, vei simţi o briză puternică. În mod similar, eterul ar trebui să curgă peste suprafaţa planetei la o rată aproximativ egală cu viteza Terrei care călătoreşte prin spaţiu.

Pentru a ilustra experimentul, trebuie imaginaţi doi înotători care se scufundă într-un râu larg de 30 de metri care curge cu o rată de 1 metru pe secundă. Ambii înotători au o viteză de 1,5 metri pe secundă. Primul, Ion, înoată în amonte 30 de metri, apoi se întoarce în aval şi mai înoată 30 de metri. Pentru că se deplasează împotriva curentului în prima cursă, are o viteză de doar circa 0,5 metri pe secundă, dar recuperează la întoarcere când are o viteză de 2,5 metri pe secundă. Înseamnă că primii 30 de metri sunt parcurşi în aproximativ 50 de secunde, iar a doua cursă durează doar 12,5 secunde, însumând un total de 62,5 secunde. Al doilea înotător, Silvia, înoată perpendicular cu râul, potrivindu-şi mişcarea în funcţie de curgerea râului, apoi se întoarce şi înaotă până unde a plecat. Spre deosebire de Ion, viteza sa rămâne constantă: 1,2 metri pe secundă. Ambele curse durează 50 de secunde, un timp mai mic decât cel al lui Ion.

Credit: Wikipedia

Acelaşi lucru ar trebui să fie adevărat şi pentru lumina care călătoreşte prin eter. Michelson şi Morley au construit un dispozitiv numit interferometru, care foloseşte ceea ce poate fi considerată în esenţă o oglindă cu o singură parte pentru a împărţi impulsul de lumină, reflectând jumătate la un unghi de 90 de grade într-un tunel şi permiţând celeilalte jumătăţi să treacă printr-un alt tunel. Ambele impulsuri sunt apoi reflectate din nou de oglinzi plasate la capătul fiecărui tunel. La sfârşit, parametrii acestora sunt măsuraţi de un detector.

Acum, ne putem imagina că un impuls e Ion, iar altul e Silvia. Dacă ipoteza eterului era corectă, curenţii din „apă” ar fi făcut ca impulsurile să călătorească diferit, astfel că ar fi ajuns la detector în momente diferite. Totuşi, au ajuns exact în acelaşi moment, indiferent de câte ori a fost încercat experimentul. Ceva nu era clar în lumea fizicii.

Michelson şi Morley nu au putut detecta influenţa eterului pentru că, desigur, nu era eter. Mai mult, fizica din secolul următor a ajuns la concluzia că lumina este atât undă, cât şi particulă. De asemenea, călătoreşte cu aceeaşi viteză în vid, indiferent de circumstanţe. Acesta reprezintă fundamentul pentru teoriile relativităţii generale şi speciale elaborate de Albert Einstein, iar experimentul Michelson-Morley este acela care a creat fundaţia pentru cele mai influente teorii ştiinţifice ale secolului XX. Fără eşecul lor de a detecta eterul, probabil nu am fi realizat că era o problemă imensă care trebuia rezolvată. În ultimă instanţă, experimentul este încă o dovadă că ştiinţa progresează atât din succese, cât şi din eşecuri.

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Un pas important în fizică: oamenii de ştiinţă rezolvă problema antimateriei

Cum au reuşit 245 de persoane să sară în tandem de pe un pod şi să supravieţuiească. La baza acţiunii se află legile lui Newton

Dublă descoperire remarcabilă făcută de fizicieni. Vidul nu este spaţiu gol şi particulele cuantice au fost în PREMIERĂ observate direct

Cercetătorii au descoperit o proprietate a apei pe care nu o pot explica