nr. 475 - 2010 - Institut for Natur, Systemer og Modeller (NSM)

1.2 Lysets fart 3
1.2.1 Michelson-Morley
I slutningen af 1800-tallet efter fremkomsten af Maxwell’s ligninger 2 , hvoraf
kunne udledes, at lys måtte opfattes som elektromagnetiske bølger med
en bestemt hastighed c, fastlagt af de to konstanter vakuumpermittiviteten
ɛo og vakuumpermeabiliteten µo, var den fremherskende opfattelse, at disse
bølger måtte udbrede sig i et medium. Alle andre bølger man kendte til blev
udbredte gennem et medium. Først og fremmest havde man stort kendskab
til elastiske bølgers udbredelse gennem forskellige stoffer. Analogt måtte der
altså eksistere et særligt stof, som de elektromagnetiske bølger kunne udbrede
sig igennem i det ellers tomme rum. Dette stof kaldte man æteren. Dette stof
gennemtrængte alt (og gjorde ellers ikke stort væsen af sig). Kun i æteren
var hastigheden af de elektromagnetiske bølger den via Maxwellligningerne
fundne hastighed c. Denne hastighed, som altså var lysets hastighed, havde
man målt med meget stor nøjagtighed. Med udgangspunkt i æterteorien
blev det nu interessant at finde jordens hastighed i forhold til æteren. Denne
opgave arbejdede Michelson og Morley på gennem en lang årrække. Deres
forsøgsopstilling er vist i Fig. (1.1)
Lys med frekvens f sendes mod et halvgennemsigtigt spejl, en såkaldt beamsplitter,
BS. En del af lyset reflekteres af beamsplitteren og rammer spejlet S1
og reflekteres af dette. En anden del af lyset rammer spejlet S2 og reflekteres.
Derefter kommer strålerne tilbage til BS, og en del af lyset fra turen MS1M
går gennem BS mod iagttageren. En del af lyset fra turen MS2M reflekteres
af beamsplitteren og fortsætter mod iagttageren. Disse to stråler interfererer
nu, og interferensmønstret kan registreres v.hj.a. en fotografisk plade. Opstillingen
er opbygget således, at |MS1| = |MS2| = L og således at MS1
og MS2 er vinkelrette på hinanden. Vi forestiller os nu, at hele opstillingen
bevæger sig med farten v i forhold til æteren, og at bevægelsesretningen er
efter MS2.
For at finde bølgelængden af lyset har vi brug for lysets fart i vores laboratoriesystem.
Lysets fart i æteren er c. Vi får nu brug for transformationsreglen
for hastighed via Galileitransformationen. På turen MS2 er farten af lyset,
se Fig. (1.2-I)
v+ = c − v (1.5)
På turen S2M er farten af lyset, se Fig. (1.2-II)
v− = c + v (1.6)
2 Disse ligninger opstillede J.C. Maxwell omkring 1864. Maxwells arbejde vedrørende
elektrodynamikken fandt sted i årene mellem 1861 og 1873.