Experimente von Rayleigh und Brace - Experiments of Rayleigh and Brace

Die Experimente von Rayleigh und Brace (1902, 1904) sollten zeigen, ob eine Längenkontraktion zu Doppelbrechung führt oder nicht. Dies waren einige der ersten optischen Experimente zur Messung der Relativbewegung der Erde und des leuchtenden Äthers, die ausreichend genau waren, um Größen zweiter Ordnung bis v / c zu erfassen. Die Ergebnisse waren negativ, was für die Entwicklung der Lorentz-Transformation und folglich der Relativitätstheorie von großer Bedeutung war . Siehe auch Tests der speziellen Relativitätstheorie .

Die Experimente

Um das negative Ergebnis des Michelson-Morley-Experiments zu erklären , führten George FitzGerald (1889) und Hendrik Lorentz (1892) die Kontraktionshypothese ein , nach der sich ein Körper während seiner Bewegung durch den stationären Äther zusammenzieht .

Lord Rayleigh (1902) interpretierte diese Kontraktion als mechanische Kompression, die zu einer optischen Anisotropie von Materialien führen sollte, sodass die unterschiedlichen Brechungsindizes Doppelbrechung verursachen würden . Um diesen Effekt zu messen, installierte er ein Rohr mit einer Länge von 76 cm auf einem drehbaren Tisch. Das Rohr war an seinen Enden mit Glas verschlossen und mit Schwefelkohlenstoff oder Wasser gefüllt , und die Flüssigkeit befand sich zwischen zwei Nikolprismen . Durch die Flüssigkeit wurde Licht (erzeugt durch eine elektrische Lampe und vor allem durch Rampenlicht ) hin und her geschickt. Das Experiment war ausreichend genau, um Verzögerungen von zu messen 1 /. 6000 einer halben Wellenlänge , dh in der Größenordnung 1,2 × 10 –10 . Abhängig von der Richtung relativ zur Erdbewegung lag die erwartete Verzögerung aufgrund von Doppelbrechung in der Größenordnung von 10 –8 , was gut innerhalb der Genauigkeit des Experiments lag. Daher war es neben dem Michelson-Morley-Experiment und dem Trouton-Noble-Experiment eines der wenigen Experimente, mit denen Größen zweiter Ordnung in v / c nachgewiesen werden konnten. Das Ergebnis war jedoch völlig negativ. Rayleigh wiederholte die Experimente mit Schichten von Glasplatten (obwohl mit einer um den Faktor 100 verringerten Genauigkeit) und erhielt erneut ein negatives Ergebnis.

Diese Experimente wurden jedoch von DeWitt Bristol Brace (1904) kritisiert . Er argumentierte, dass Rayleigh die Folgen der Kontraktion nicht richtig berücksichtigt habe ( 0,5 × 10 –8 statt 10 −8 ) sowie des Brechungsindex, so dass die Ergebnisse nicht schlüssig waren. Daher führte Brace Experimente mit viel höherer Präzision durch. Er verwendete einen Apparat mit einer Länge von 4,13 m, einer Breite von 15 cm und einer Tiefe von 27 cm, der mit Wasser gefüllt war und der (je nach Experiment) um eine vertikale oder horizontale Achse gedreht werden konnte. Sonnenlicht wurde durch ein System von Linsen, Spiegeln und Reflexionsprismen ins Wasser geleitet und siebenmal reflektiert, so dass es 28,5 m durchquerte. Auf diese Weise eine Verzögerung der Ordnung 7,8 × 10 –13 war zu beobachten. Allerdings hat auch Brace ein negatives Ergebnis erzielt. Eine weitere experimentelle Installation mit Glas statt Wasser (Präzision: 4,5 × 10 –11 ) ergab ebenfalls keine Anzeichen von Doppelbrechung.

Brace1904.png

Das Fehlen von Doppelbrechung wurde von Brace zunächst als Widerlegung der Längenkontraktion interpretiert. Lorentz (1904) und Joseph Larmor (1904) haben jedoch gezeigt, dass das negative Ergebnis erklärt werden kann , wenn die Kontraktionshypothese beibehalten und die vollständige Lorentz-Transformation angewendet wird ( dh einschließlich der Zeittransformation). Wenn das Relativitätsprinzip von Anfang an als gültig angesehen wird, wie in Albert Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie (1905), dann ist das Ergebnis ziemlich klar, da sich ein Beobachter in einheitlicher Translationsbewegung als in Ruhe betrachten kann und folglich wird keine Wirkung seiner eigenen Bewegung erfahren. Die Längenkontraktion ist daher für einen Comoving-Beobachter nicht messbar und muss durch eine Zeitdilatation für nicht-Comoving-Beobachter ergänzt werden, was später auch durch das Trouton-Rankine-Experiment (1908) und das Kennedy-Thorndike-Experiment (1932) bestätigt wurde.

Siehe auch

Primäre Quellen

  1. ^ Lord Rayleigh (1902). "Verursacht Bewegung durch den Äther Doppelbrechung?"  . Philosophisches Magazin . 4 : 678–683. doi : 10.1080 / 14786440209462891 .
  2. ^ Klammer, DeWitt Bristol (1904). "Über Doppelbrechung in Materie, die sich durch den Äther bewegt"  . Philosophisches Magazin . 7 (40): 317–329. doi : 10.1080 / 14786440409463122 .
  3. ^ Lorentz, Hendrik Antoon (1904), "Elektromagnetische Phänomene in einem System, das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die kleiner als die des Lichts ist"  , Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences , 6 : 809–831
  4. ^ Larmor, Joseph (1904). "Über die festgestellte Abwesenheit von Bewegungseffekten durch den Äther in Bezug auf die Konstitution der Materie und über die FitzGerald-Lorentz-Hypothese" (PDF) . Philosophisches Magazin . 7 (42): 621–625. doi : 10.1080 / 14786440409463156 .

Sekundärquellen

  1. ^ Laub, Jakob (1910). "Über die gleichen Grundlagen des Relativitätsprinzips". Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik . 7 : 405–463.
  2. ^ Whittaker, Edmund Taylor (1910). Eine Geschichte der Theorien von Äther und Elektrizität (1. Ausgabe ed.). Dublin: Longman, Green und Co.