o etru - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/o_etru.pdf · veljavna...

14
UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO ODDELEK ZA FIZIKO O ETRU Seminar 2004/2006 Avtor: Nina Jereb Mentor: dr. Janez Strnad Eter je eden izmed tistih pojmov, ki so v fiziki igrali pomembno vlogo, kljub temu da nima natančnega operacijskega pomena. Seminar ga obravnava z zgodovinskega gledišča. Vidimo, da je tesno povezan z razvojem spoznanj o svetlobi in z teorijo relativnosti. Ljubljana, 27. 4. 2006

Upload: others

Post on 30-Aug-2019

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

UNIVERZA V LJUBLJANI

FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO

ODDELEK ZA FIZIKO

O ETRU

Seminar 2004/2006

Avtor: Nina Jereb

Mentor: dr. Janez Strnad

Eter je eden izmed tistih pojmov, ki so v fiziki igrali pomembno vlogo, kljub temu da nima

natančnega operacijskega pomena. Seminar ga obravnava z zgodovinskega gledišča. Vidimo,

da je tesno povezan z razvojem spoznanj o svetlobi in z teorijo relativnosti.

Ljubljana, 27. 4. 2006

Page 2: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

2

KAZALO UVOD ........................................................................................................................................ 3 ZAČETKI RAZMIŠLJANJA O ETRU ..................................................................................... 3 ETER V FIZIKI ......................................................................................................................... 4 DELČNA TEORIJA PREVLADA ............................................................................................ 5 ZAČETKI VALOVNE TEORIJE.............................................................................................. 5 FRESNELOVA ENAČBA (hitrost svetlobe v gibajoči se snovi) ............................................. 6

Veljavna teorija zgrajena na napačni predstavi? .................................................................... 6 Ali naj enačbi verjamemo?..................................................................................................... 7 Od kod ujemanje?................................................................................................................... 8

SVETLOBA KOT TRANSVERZALNO VALOVANJE ETRA.............................................. 8 FRESNELOVE ENAČBE ODBOJA......................................................................................... 9 TEŽAVE Z ETROM................................................................................................................ 11 KONEC ETRA?....................................................................................................................... 12 ZAKLJUČEK........................................................................................................................... 13 LITERATURA......................................................................................................................... 14

Page 3: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

3

Slika 1: Aristotel

UVOD

Predstava o etru se je skozi zgodovino močno spreminjala. Od 17 stol. dalje ga srečujemo v

povezavi z razmišljanji o širjenju svetlobe.[1],[2],[3] Kasneje so fiziki misel o etru, kot

mediju za potovanje svetlobe, opustili. Presenetljivo je, da nekatere napovedi, ki so zrasle na

tej predpostavki, še danes veljajo. (Snellov lomni zakon, Fresnelove enačbe, hitrost potovanja

svetlobe v gibajoči se snovi v 1. redu, ... ).[1],[4] Razmišljanje o etru nas veliko nauči o

poteku fizikalnih odkritij in uveljavljanju novih teorij. Nove ideje niso takoj sprejete in tudi

napačne predpostavke prispevajo k razvoju znanosti.[5],[6] Odkrivanje, spreminjanje

obstoječih pogledov in razvijanje novih teorij je zapleten proces, v katerega je vključeno

človeštvo kot celota. Večkrat pripišemo zasluge za nova spoznanja eni sami osebi (ali majhni

skupini). Zgodovino poenostavimo, da postane bolj pregledna in lažje razumljiva, zavedati pa

se moramo, da jo na ta način tudi popačimo. Že res, da so v razvoju fizike nekatere osebnosti

imele vidnejšo vlogo, a delovale so v okviru tedanjega časa in nekako poosebljajo tok misli in

idej.[7],[8] V tem seminarju se želim vrniti v čas in pogledati, kako so si nekoč pomagali z

etrom.

ZAČETKI RAZMIŠLJANJA O ETRU

Ko gledamo nazaj na zgodovino, ne moremo odmisliti današnjega znanja. Zgodovino

doživljamo skozi oči današnje fizike in sodobnih predstav o svetu. To, kar se nam danes zdi

samo po sebi umevno, včasih ni bilo tako. Temu kaže nameniti pozornost. Od kod izvirajo

naše predstave?

Pojem eter se je pojavil v času starih Grkov. Aristotel je razlagal, da je

materija zgrajena iz štirih elementov: zemlja, ogenj, voda in zrak. To naj bi

veljalo za svet pod Luno, nespremenljiv nebesni svod nad Luno, pa naj bi

bil zgrajen iz nečesa drugega, kar je poimenoval eter. Aristotel je bil

prepričan, da v naravi ni praznine. Na vprašanje kako vidimo, je odgovoril,

da se od predmeta prenaša gibanje do očesa preko etra. V tem nekateri

vidijo celo začetek valovne teorije svetlobe [10], vendar se moramo

zavedati, da so bile predstave o svetlobi pri Aristotelu še zelo meglene. O svetlobi, kot

valovanju - sinusnem nihanju, je šele mnogo kasneje prvič govoril Young (19. stol.). Ideje,

Page 4: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

4

Slika 2: Vrtinci etra po Descartesovi predstavi. Na sredi vrtinca je osončje. [10]

da je svetloba valovanje ni potegnil kar iz niča. Razvoj spoznanj o svetlobi je tesno povezan

ravno z zamislijo o etru, ki se je najprej pojavil v filozofiji, kasneje pa ga je posvojila še

fizika.

ETER V FIZIKI

Pojem etra je v fiziko vpeljal René Descartes v tridesetih letih

17. stoletja. Tudi on je menil, da v naravi ni praznine. Trdil je,

da telo deluje na drugo telo le preko dotika. Mislil si je, da

telesa iz etra, ki naj bi bil nekakšna snov, izpolnjujejo ves

prostor. Ta telesa, ki so se zaradi trenja obrusila, obstajajo v treh

velikostih. Najmanjša so svetleča in sestavljajo zvezde. Srednje

velika telesa so prozorna in napolnjujejo prostor med planeti in

zvezdami. Največja telesa sestavljajo planete. Prozorna telesa se

vrtinčijo in poganjajo planete okoli Sonca, podobno kot vrtinci vode poganjajo deščice.[2] V

tej razpravi so najzanimivejša srednje velika, prozorna, telesa. Preko njih naj bi se prenašala

svetloba v obliki nekakšnega tlačnega vala.

Idejo je razvil Christian Huygens, Descartesov mlajši somišljenik. V Razpravi o svetlobi

(Traité de la lumiere, 1678) je sprejel zamisel, da je svetloba motnja, ki se longitudinalno širi

po etru[1][2] na podoben način kot zvok, le da veliko hitreje. Po poskusih Evangeliste

Torricellija so takrat že vedeli, da gre, za razliko od zvoka, svetloba tudi skozi prazen prostor.

Pri longitudinalnem valovanju ni imel v mislih periodičnih valov (ni se trudil pojasniti

interferenco, ki jo je že pred letom 1663 opazil Francesco Maria Grimaldi). Svetloba je bila

zanj le motnja. Povezoval jo je z mehaničnim modelom z vrsto krogel, po katerih se prenaša

motnja. Svetlobo prenaša po vakuumu eter, ki je sestavljen iz majhnih delcev. Po prozornih

snoveh jo prenaša ali samo snov, ali samo eter, ali pa oboje. Preko možnosti, da bi jo hkrati

prenašala tako eter kot snov, je poskušal pojasniti dvojni lom (l. 1669 ga je odkril Erasmus

Bartholinus). Tako razlago je imel za najbolj verjetno, a pri njej ni vztrajal. [1]

Z etrom je razložil Snellov lomni zakon. Trdil je, da iz vsake točke valovnega čela izhajajo

krogelna elementarna valovanja. Ovojnica elementarnih valov je novo valovno čelo [7]. Temu

danes pravimo Huygensovo načelo. Iz tega načela sledi, da je hitrost v snovi manjša, če se

Page 5: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

5

žarek lomi proti pravokotnici. Menil je, da svetloba v snovi počasneje potuje, ker eterske

delce v njej motijo delci snovi [1].

DELČNA TEORIJA PREVLADA

Valovna teorija je imela nasprotnike – zagovornike delčne teorije. Prvi med njimi je bil sir

Isaac Newton. Menil je, da je svetloba sestavljena iz številnih majhnih delčkov, ki jih

prozorna snov privlači.

Zaradi močnega Newtonovega vpliva (imel je velik ugled), se Huygensove ideje ob svojem

času niso uveljavile. V 18. stoletju je prevladala delčna teorija svetlobe. Le to so podprla tudi

odkritja Jamesa Bradleya (slika 3). Leta 1728 je poročal, da opišejo zvezde, ki jih vidimo pod

pravim kotom glede na gibanje Zemlje okoli Sonca, navidezen krog, katerega radij vidimo

pod kotom 20 ločnih sekund. Temu kotu pravimo zvezdna aberacija. Brandley je ta pojav

razložil s pomočjo Newtonove delčne teorije.

Svetlobo je opisal kot »dež delcev«. Če pada dež

navpično z hitrostjo vdež mi pa se premikamo s

hitrostjo v, moramo držati dežnik pod kotom

arctg(v/vdež). Če prevedemo to na gibanje zemlje

in svetlobo zvezd dobimo izraz )/( cvarctg=α ,

kjer je α aberacijski kot, v je hitrost potovanja

Zemlje okoli Sonca, c pa hitrost svetlobe. Iz

hitrosti Zemlje in aberacijskim kotom je ocenil

hitrost svetlobe. Za v vstavimo hitrost gibanja

Zemlje okoli Sonca v=30 km/s, aberacija α=20,6''.

skmvc /300000/ ≈= α .

ZAČETKI VALOVNE TEORIJE

Valovno teorijo sta na začetku 19. stoletja oživela Thomas Young in Fresnel. Za razliko od

Huygensa, ki je smatral, da je svetloba le motnja, ki potuje po etru, so v tem času, več kot

stoletje kasneje, govorili o valovanju v pravem smislu besede (sinusno valovanje).

Slika 3: James Bradley in »zvezdna aberacija«.

Page 6: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

6

Leta 1802 je Young prvič v celoti objavil svoje načelo interference: »… če dva dela iste

svetlobe dospeta do očesa po različnih poteh … , postane svetloba najmočnejša, če je razlika

večkratnik določene dolžine, in najmanj močna v vmesnem stanju interferirajočih delov: in ta

dolžina je različna za svetlobo različnih barv.«

Young je z valovanjem pojasnil tudi kolobarje na robovih senc. Vendar je mislil, da je

valovanje longitudinalno. Dvojnega loma zato ni znal razložiti.

Pristašev delčne teorije je bilo še zmeraj veliko. Valovni teoriji je še posebej slabo kazalo, ko

je Poisson ugotovil, da le-ta napoveduje na interferenčni sliki za okroglo oviro svetlo pego.

Šele ko je Fresnel to z eksperimentom pokazal, je teorija obveljala.

FRESNELOVA ENAČBA (hitrost svetlobe v gibajoči se snovi)

Veljavna teorija zgrajena na napačni predstavi?

Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi snov vseh teles z malo ali nič upora, nekako tako

neovirano, kot gre veter skozi nasad dreves« [1]. S pomočjo te predstave je prišel do še danes

veljavne enačbe, ki opisuje hitrost gibanja svetlobe v gibajočem se mediju.

Upošteval je enačbo ccn /0= . Hitrost potovanja svetlobe po etru si je zamislil po analogiji z

zvokom: ρ/Gc = . G je strižni modul etra, ρ pa njegova gostota v snovi. Iz tega je dobil

kvadratno zvezo 20 n⋅= ρρ , kjer je ρ0 manjša gostota etra v vakuumu. Gostejša telesa imajo

torej večji lomni količnik in po njih svetloba počasneje potuje. Strižni modul etra naj bi bil v

snovi in v prostoru enak.

Po Fresnelovi predstavi se telo nemoteno giblje po etru, ki miruje. Presežek etra )( 0ρρ − se

giblje s hitrostjo v. Hitrost »težišča« je potemtakem:

vkvn

vV

vVF=−=

−=

+−

⋅+−)

11(

])[(

]0)[(2

0

00

00

ρ

ρρ

ρρρ

ρρρ. (1)

Page 7: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

7

Pri tem je )/11( 2nkF −= Fresnelov koeficient. Snov naj se giblje v smeri svetlobe. Če

želimo v njej izračunati hitrost svetlobe, seštejemo hitrost svetlobe v tem mediju in hitrost

»težišča«, torej vknc F+/0 . Motivacija za nastanek te teorije je bila zvezdna aberacija, oz.

vprašanje, kaj se zgodi npr. s Snellovim lomnim zakonom v gibajočem se koordinatnem

sistemu.

Ali naj enačbi verjamemo?

Fresnelova enačba za hitrost svetlobe se v linearnem približku ujema z enačbo posebne teorije

relativnosti (2).

( )

′+

+′=

2

1

c

vv

vvv

ox

ox

x (2)

vx je hitrost v opazovalnem sistemu S. v'x je hitrost v sistemu S', ki se glede na S giblje s

hitrostjo v0 v smeri osi 'xx = . Če v to enačbo vstavimo n

cv x

0' = in vv =0 , dobimo:

...1

11

20

0

+

−+=

+

+= v

nn

c

nc

v

vn

c

v

o

x (3)

Enačba (3) pokaže, da se rezultat eterske teorije v linearnem približku ujema z rezultatom

posebne teorije relativnosti.

Fresnelovo enačbo je s svojimi merjenji podprl Hippolyte Fizeau. Leta 1851 je naredil

eksperiment, kjer je po stekleni cevi v obliki črke U potiskal vodo (slika 4). Svetlobo je ločil

na dva delna curka. Vsak curek je poslal skozi svoj krak cevi. Prvi je torej potoval v smeri

gibanja vode, drugi pa v nasprotni smeri. Delna curka je na drugi strani speljal v daljnogled,

kjer je opazoval interferenčno sliko svetlih in temnih prog. [2]

Page 8: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

8

Slika 4: Fizeaujev interferometer z režama (iz leta 1851) Dolžina cevi je bila 1,5m, hitrost vode je bila 7m/s. [4]

V vodi, ki teče s hitrostjo v, v smeri curka svetlobe, je hitrost svetlobe vknc F+/0 . V vodi, ki

teče v nasprotni smeri, je hitrost svetlobe vknc F−/0 . Zaradi tega je valovanje v drugem

kraku zakasnjeno, kar lahko na zaslonu zaznamo. Fizeau je primerjal lego prog, ko je voda

mirovala in ko je tekla z različnimi hitrostmi. Izmerjeni Fresnelov koeficient je bil 0,46. Za

vodo z lomnim kvocientom 4/3 je izračunan Fresnelov kvocient 0,438. Tej vrednosti sta se

kasneje še bolj približala Michelson in Morley z izboljšano verzijo Fizeaujevega poiskusa.

Njuna izmerjena vrednost je bila 0,434, kar od izračunane vrednost odstopa le za en odstotek.

Od kod ujemanje?

Predpostavka Frenelesove teorije je, da se svetloba giblje s hitrostjo ρ/Gc = . Danes bi

rekli, da se svetloba v mediju giblje s hitrostjo 00

1

µµεε=c . Vemo, da je ε povezan z ρ.

Fresnel je privzel, da se strižni modul etra G pri prehodu v snov ne spremeni. To se ravno

ujame z dejstvom, da je večina prozornih snovi paramagnetnih in je torej 1≈µ . Torej se tudi

magnetna subsepscibilnost pri prehodu v prozorno snov ne spremeni. Naj to jemljemo kot

srečno naključje ali Fresnelovo intuicijo, ostaja dejstvo, da je njegova enačba še danes

uporabna.

SVETLOBA KOT TRANSVERZALNO VALOVANJE ETRA

Polarizacija in dvojni lom še zmeraj nista bila pojasnjena. Fresnel je že pred Youngom

razmišljal o transverzalnem valovanju in ga je leta 1817 usvojil brez pomislekov. Young tega

ni bil zmožen. Menil je, da bi moral eter imeti preveč nenavadne lastnosti. Še leta 1823 je

zapisal: »Treba bi bilo sklepati, da svetlonosni eter, ki izpolnjuje ves prostor in prežema

Page 9: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

9

skoraj vse snovi, ni samo močno prozoren, ampak absolutno trden!!!« Opustil je delo s

svetlobo in se vrnil k nekaterim prejšnjim raziskovanjem.

Eter ob predpostavki, da se po njem širi transverzalno valovanje, dobi nenavadne lastnosti.

Imeti mora lastnosti trdnine, da se preko njega transverzalno valovanje sploh lahko prenaša.

Da svetloba lahko potuje s tako veliko hitrostjo, mora imeti ogromen strižni modul. Ob

predpostavki, da ima gostoto zraka, mora biti strižni modul več milijon-krat večji od strižnega

modula jekla.

Hkrati bi moral biti brezmasen, in popolnoma neviskozen, saj bi v nasprotnem primeru

opazno vplival na orbite planetov. Izgledalo je še, da je popolnoma prosojen, da ni nobenega

sipanja, je nestisljiv in zvezen na izredno majhni skali. [3]

Fresnel si z nenavadnimi lastnostmi ni preveč belil glave. Bil je teoretik. Ni se trudil sestaviti

mehaničnega modela in se tudi ni ubadal s tem, kako je mogoče, da ima eter tako čudne

lastnosti. Napisal je teorijo, pa si je mislil, da bo že čas pokazal, kaj za tem tiči. To se je tudi

res zgodilo. Mnoge njegove teorije so še danes veljavne, pa čeprav so kasneje ovrgli idejo o

etru kot mediju za prenašanje svetlobe. Z upoštevanjem robnih pogojev za vzdolžno in prečno

komponento premika v etru je izpeljal Fresnelove enačbe.

FRESNELOVE ENAČBE ODBOJA

Fresnel je svoje enačbe izpeljal na drugačen način, kot to delamo danes. Maxwellovega

elektromagnetizma seveda ni poznal. Pri izpeljavi je imel v mislih mehanično valovanje etra.

Uporabil je zakon o ohranitvi energije in predpostavko, da je vsota vzdolžnih hitrosti »etrskih

delcev« na eni strani meje enaka hitrostim na drugi strani meje.

Enačba (4) govori o ohranitvi energije. Imejmo snop svetlobe. Prvi del se lomi, drugi del se

odbije. Po Fresnelovi predstavi v vpadnem snopu nihajo delci etra z amplitudo A. V

lomljenem snopu nihajo z amplitudo A1, v odbitem pa z amplitudo A2. Energija je sorazmerna

s kvadratom amplitude. Valovna fronta se pri prehodu čez mejo zlomi. Energija vpadnega

snopa mora biti enaka vsoti energij odbitega in lomljenega snopa. Torej mora veljati enakost

(4). Z uporabo lomnega zakona pridemo do enačbe (5).

Page 10: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

10

20

22

210

21

20

2nAnAnA ρρρ += (4)

2

22

2

21

sincos

sincos1

A

A

A

A+=

βα

αβ (5)

Drugi pogoj je, da je vsota vzdolžnih hitrosti na eni strani meje enaka hitrostim na drugi strani

meje. Hitrost pa je sorazmerna z amplitudo (6).

Asvsv ≈∝⇒⋅= πν2 (6)

Če je v pravokotna na vpadno ravnino:

V primeru, ko je v pravokotna na vpadno

ravnino (slika 5), se hitrosti oz. amplitude

enostavno seštejejo (7).

1212 AAAvvv =+⇒=+ (7)

)sin(

cossin21

βα

αβ

+=

A

A (8)

)sin(

)sin(2

βα

αβ

+

−=

A

A (9)

Iz enačb (5) in (7) dobimo enačbi (8) in (9), Fresnelovi enačbi za propustnost in odbojnost.

Danes uporabljamo te enačbe pri TE valovanju, torej, ko je E pravokoten na vpadno ravnino.

Če je v v vpadni ravnini:

Podobno računamo, če je v v vpadni ravnini, le da hitrost razstavimo na komponente in

vzamemo le tisto komponento, ki je usmerjena vzdolž meje (slika 6).

βαβα coscos)(coscos)( 1212 AAAvvv =−⇒=− (10)

Slika 5

Page 11: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

11

Slika 6

ββαα

αβ

cossincossin

cossin21

+=

A

A (11)

ββαα

ββαα

cossincossin

cossincossin2

+

−=

A

A (12)

Iz enačb (5) in (10) dobimo enačbi (11) in (12), Danes uporabljamo te enačbe pri TM

valovanju, torej, ko je B pravokoten na vpadno ravnino. Fresnelove enačbe so ostale enake, a

smo jih reinterpretitali.

TEŽAVE Z ETROM

Fiziki so se zavedali težav in nerazrešenih vprašanj v zvezi z etrom, a je bila ta predstava v

fiziko že tako močno vpletena, da se je niso mogli kar tako znebiti.

V zgodnjih letih dvajsetega stoletja je bila teorija o etru v težavah. Vedno več je bilo

eksperimentov, ki so poskušali zaznati gibanje zemlje glede na eter. Neuspešno! Pojavile so

se razne razlage, zakaj tega gibanja niso zaznali. Ena od idej je bila, da Zemlja vleče eter s

sabo (torej se ne gibljeta drug glede na drugega), a je razlaga zelo zapletena in zahteva mnogo

fizikalnih predpostavk. Elegantnejšo rešitev sta našla Lorentz in Fitzgerald (krčenje razdalj).

Specialna teorija relativnosti operira z enako matematiko brez uvedbe etra.[3]

Ključna težava teorije o etru je neujemanje Newtonove mehanike in Maxwellovega

elektromagnetizma. Enačbe Newtonove mehanike so invariantne na Galilejevo

transformacijo, med tem ko enačbe elektromagnetizma niso. Z drugimi besedami to pomeni,

da bi veljali mehanični zakoni v vseh nepospešenih opazovalnih sistemih (trajektorija

poševnega meta je npr. enaka na zemlji in na letalu), zakoni za svetlobo pa bi se spremenili.

Page 12: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

12

Le–ti naj bi veljali le v opazovalnem sistemu, kjer eter miruje. Maxwellov elektromagnetizem

je namreč zahteval eno samo, univerzalno, hitrost svetlobe.[3]

Izid Michelsonovega in Morleyevega poskusa je močno zamajal teorijo o mirujočem etru.

Poskušali so jo sicer še oživeti z razlagami, da se eter lepi na zemeljsko površje, a so te ideje

počasi zamrle.

Leta 1889 je G. F. Fitzgerald domneval, da se vse dolžine na zemlji skrčijo za faktor

2/122 )/1( cv− , kjer je v hitrost zemlje v etru [4]. Enačbe je naprej razvijal H. A. Lorentz in

drugi. V Lorentzovih transformacijah niso videli fizikalnega pomena ampak le matematično

orodje. Pojma etra so se še naprej oklepali. Iz fizike ga je, vsaj za nekaj časa, izrinil šele

Einstein s svojo teorijo relativnosti.

»…Pokazalo se bo, da je odveč uvajati `svetlobni eter` toliko, kolikor v predstavi, ki jo

bomo razvili, ne bomo uvedli `absolutno mirujočega prostora` s posebnimi lastnostmi… «

A. Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen

der Physik 17(1905)891

KONEC ETRA?

V fiziki se še vedno govori o etru, le da mu pripisujejo drugačen pomen. Pojavlja se v kvantni

teoriji polja in povsod drugod v zvezi z dinamičnimi lastnostmi prostora. (npr. nastajanje

parov delec-antidelec,…)

»Vakuum – ali eter – ima dinamične lastnosti, ki jih pred časom niso niti slutili, in vse

kaže, da bo imel v prihodnosti še pomembno vlogo.«

Ja. B. Zeldovič

»…V splošni teoriji relativnosti lahko rečemo, da ima prostor fizikalne lastnosti. V

tem smislu tedaj obstaja eter. V tej teoriji si ni mogoče zamisliti prostora brez etra, ker po

takem prostoru nebi potovala svetloba in v njem nebi mogli obstajati merilniki za kraj in čas

Page 13: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

13

(merilne palice in ure) ne krajevno časovni odmiki v fizikalnem smislu … Toda temu etru ne

smemo pripisati lastnosti teles z maso in misliti, da ga sestavljajo deli, ki bi jih lahko

zasledovali v času. Ne moremo si misliti, da bi se lahko eter gibal … «

A. Einstein

» … Posebej je pokazano, da je razvoj v tesnem stiku z Descartesovo zamislijo, da ne

obstaja ´prazen prostor`…«

A. Einstein

ZAKLJUČEK

Videli smo, da je eter igral pomembno vlogo pri nastanku teorije o svetlobi. Le-ta se je skozi

stoletja razvijala, se spreminjala. Nekatere ideje so se obdržale, druge je izbrisal čas, vseeno

pa je vsaka doprinesla k razvoju fizike. Danes je zamisel o etru, kot absolutno mirujoči snovi,

ovržena, a Fresnelove enačbe so se obdržale do danes v natančno taki obliki, kot jih je zapisal

Fresnel. Eter se v novi preobleki vrača v fiziko [5]. Ali bo razmišljanje v tej smeri obrodilo

sadove, bo pokazal čas.

Page 14: O ETRU - mafija.fmf.uni-lj.simafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2005_2006/O_ETRU.pdf · Veljavna teorija zgrajena na napa čni predstavi? Po mnenju Fresnela naj bi eter »šel skozi

14

LITERATURA

[1] J. Strnad, Eter, Obzornik mat. fiz. 30(1983)97.

[2] J. Strnad, Eter in hitrost svetlobe, Fizika v šoli, letnik IX, št.1, oktober 2005.

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Luminiferous_aether

[4] J. Strnad, Michelsonovi poskusi, Obzornik mat. fiz. 30(1983) 6.

[5] Detection of the Anisotropy in the Cosmic Black body Radiation, Phys. Rev. Letters

39(1977)898.

[6] J. Strnad, Razvoj fizike, Ljubljana: DZS, 1996.

[7] Colin Ronan, Histoire mondiale des Sciences , Point Sciences 1988.

[8] Atlas klasične in moderne fizike, Ljubljana: DZS, 1993.

[9] E. B. Sparberg, Misinterpretation of Theories of Light, Am. J. Phys. 34(1966)377.

[10] www710.univ-lyon1.fr/~fdenis/club_EEA/cours/histoire1.html