Michelson-Morley kísérlet (demó)



Feltételezés szerint a fény sebessége az éterhez (barna háttér) képest mindig c. (Mint a Balatonon egy futárszolgálatot teljesítő motorcsónak a hajók között - a Balaton felszínéhez képest mindig ugyanakkora sebességgel halad, függetlenül attól, hogy az a hajó, amelyikről viszi az üzenetet és az a hajó, amelyikre viszi az üzenetet hogyan mozog.)
A kísérlettel azt szerették volna megmérni, mekkora a Föld - és vele a kísérleti berendezés - sebessége az éterhez képest.
A berendezés (Michelson-interferométer) egy merev kőlapra szerelt fényforrásból, egy féligáteresztő tükörből, két tükörből, valamint egy fénydetektorból áll. Az egyszerűség kevéért vegyük azt az esetet, amikor az interferométer karjai (a két tükör távolsága a féligáteresztő tükörtől) azonos hosszúságúak.  A fényforrás egy fényjelet küld a féligáteresztő tükörre. Ott ketté oszlik (piros és kék golyók). Majd a tükrökről visszaverődve a féligáteresztő tükrön keresztül a detektorba érkeznek. Az egyszerűség kevéért vegyük úgy, hogy a kialalkuló interferencia-képet csak a fényjelek futási ideje határozza meg, vagyis az interferencia-képből meghatározható ez az időkülönbség.

Az első képen azt látjuk, amikor a berendezés áll az éterhez képest: a két karban a fény futási ideje azonos, a jelek egyszerre érkeznek a detektorhoz.



Ha a berendezés mozog az éterhez képest, akkor a futási időket két dolog is befolyásolja:

1. A mozgás irányába eső karon a futási időt befolyásolja az, hogy odafelé a mozgó tükröt kell utolérnie, visszafelé viszont a féligáteresztő tükör a jellel szembe jön. Ez olyan, mintha az utat az egyik irányba c-v sebességgel, a másik irányban c+v sebességgel  tenné meg.
2. A mozgás irányára merőleges fényjelnél azt kell figyelembe venni, hogy a mozgó tükröt elérő fényjel igazából ferde irányba halad, az éterhez képest c sebességgel, tehát sebességének a berendezés mozgására merőleges irányba eső komponense, a Pithagorász-tételből,  gyök alatt c négyzet mínusz v négyzet.  Egyszerű számolás mutatja, hogy a végeredmény az, hogy a két jel nem egyszerre érkezik. Az időkülönbségből meg lehetne mondani a berendezés sebességét az éterhez képest.

Ezzel szemben azt tapasztalták, hogy a két fényjel a mozgó berendezésben is egyszerre érkezik meg a detektroba! (Ez a sokat emlegetett "null-effektus": nem tapasztalni változást az interferencia-képben.) 

A magyarázat: a berendezés a mozgás irányába kontrahálódott.
(A tényleges hullámterjedésre és hulláminterferenciára vonatkozó számolásnál figyelembe kell venni a folymatok lelassulását jelentő másik relativisztikus deformációt is.)

Lényeg:

a relativisztikus deformációk
+
a klasszikus Galilei-kinematika
+
az a feltevés, hogy a fény az éterhez képest c sebességgel terjed, függetlenül a forrás sebességétől

---->

nulla effektust (nulla időkülönbséget) KELL tapasztalnunk.

Az elvégzett kísérletekben nulla effektust tapasztalunk.