تجربة ميكلسون ومورلي

تجربة ميكلسون ومورلي هي واحدة من أهم التجارب في حقل الفيزياء قام بها ألبرت مايكلسون وإدوارد مورلي، وتعبر من أول الأدلة القوية المعارضة لنظرية الأثير.

في عام 1886 بدأ ميكلسون ومورلي بتجاربه عن انتشار الضوء وسرعته في الخلاء. وكان يعتقد أنه يستطيع تعين هذه السرعة عن طريق تعين سرعة الأرض في مدارها حول الشمس بالنسبة للأثير الذي كان يعتقد بأنه الوسط الذي يملأ الفراغ، أي موجود في كل مكان مثل الهواء الذي يحيط بنا بخلاف أن الأثير يجب أن يوجد في كل الكون ليبرر حركة الضوء في الفضاء.

وكانت نظرية ميكسويل الكهريطيسيه قد أثبت أن الضوء ينتشر في الخلاء على صورة أمواج، فهي إذن تحتاج إلى وسط افترض أنه الأثير الحامل للضوء، وفكر ميكلسون بأن يثبت وجود الأثير بمقارنة سرعة الضوء المتحرك في تجاه حركة الأرض بسرعة ضوء يتحرك في اتجاه متعامد مع حركة الأرض، وعندئذ لن يبرهن الفرق بين السرعتين فحسب بل انه سيحدد فعليا سرعة الأرض في مدارها حول الشمس.

وقد بنيت هذه التجربة على أساس نظري هو أنه إذا وجد الأثير فإن حركة الأرض فيه تولد تيارا أثيريا معاكسا لسرعة الأرض مثلما تولد المركبة تيارا هوائيا يجري معاكسا لحركتها، فحين تقاس سرعة الضوء على الأرض فإن تأثرها بتيار الأثير يتوقف على حركة الضوء هل هي موازية لحركة الأرض أو معاكسة أم هي متعامدة مع التيار .

تشبه هذه التجربة بسباحين اثنين يسبحان في نهر واحد، وفي حين يسبح أحدهما مع النهر ذهابا وإيابا فإن الأخر يبدأ من نفس النقطة الأولى ويسبح في عرض النهر ذهابا وإيابا ويقطع نفس المسافة التي يقطعها الأول يقطعها هو وفي نفس الوقت و يتضح من قانون جمع السرعات انه لا يمكن أن يعود السابحان في نفس الوقت لان السابح العرضي يصل أولا وهذا هو الأمر بالنسبة للضوء أيضا.

تم إعداد جهاز يقوم على فصل شعاع ضوئي آت من مصدر واحد، وتوجيهه في اتجاهين متعاميدن على أن يكون أحدهما موازياً لمحور دوران الأرض حول الشمس والآخر متعامداً معه. وبهذا الشكل فإن أحد الشعاعين سيستفيد بقدر ما من حركة الأرض فيصير أسرع، أما الثاني فهو متعامد مع حركة الأرض وبالتالي يفترض أن سرعته لن تتغير. بعد ذلك سيعاد دمج الشعاعين مع بعض ويتم إسقاطهما على سطح مقابل، فإذا ما حصل أي تغيير في سرعة أي من الشعاعين فسيؤثر ذلك على شكل الارتسام الخاص بهما على السطح المقابل، ورغم حساسية هذا الجهاز العالية جدا إلا أنه لم يسجل أي فرق بين سرعتي الشعاعين.

كانت هذه خيبة أمل لهما إذا بدا وكأن التجربة فشلت أو ضمت خللاً ما، وأهمل ميكلسون هذه التجربة. لكن ويبدو أنه بعد التحقق من سلامة بناء الجهاز ومعاودة التجربة عدة مرات على يد مختلف العلماء، خرجوا بنتيجة مفادها، بأن سرعة الضوء ثابتة بغض النظر عن سرعة المنبع أو أي سرعة مضافة،ولا علاقة لها بسرعة المراقب، فهي ثابتة في كل الأحوال.

قام الفيزيائي لورنتز قام بإجراء محاولة لتفسير هذه النتيجة أو اللا نتيجة ضمن إطار الفيزياء التقليدية. وقدم تحليلا رائعا جدا ولكنه معقد (وليس صحيحاً)، واهم ما في تحاليله هو أن الإليكترون الكروي يتفلطح عندما يتحرك نوعا ما في تجاه حركته بسبب خواص حركته الكهربائية وانه كلما أسرع كلما زاد تفلطحه. فكر لورتنز بأن المادة لكونها مؤلفه من إليكترونات تتفلطح إلى حد ما على طول حط حركتها. استخدم هذا التفسير في تفسير تجربة ميكلسون ومورلي و أعلن أن الضوء الموازي لحركة الأرض نحو المرآة ذهابا وغيابا يتقلص في خط حركته بقدر يساوي بالتحديد الكمية الصحيحة اللازمة لإبطال التأخير الناتج عن تيار الأثير، ويعرف هذا الأثر باسم فتزجيرالد- لورنتز في التقلص ولم ُتأخذ هذه الفرضية مأخذ الجد وبقيت كذلك إلى أن فسرها ألبرت أينشتاين عندما أعلن عن ظهور النسبية الخاصة .