Úvod Teorie relativity Matematické dodatky FAQ Ke stažení Napište mi

Ověřování konstantnosti rychlosti světla

Ze zde uvedených výsledků plyne, že rychlost světla je konstantní, čili stejná pro všechny pozorovatele. Klasický Michelson-Morleyův experiment ukazuje, že světlo má vždy stejnou rychlost vzhledem ke svému zdroji. Astronomická pozorování však zároveň potvrzují, že i od zdrojů s různou rychlostí vzhledem k Zemi k nám přichází světlo opět s konstantní rychlostí. Rychlost světla tedy nezávisí ani na rychlosti pozorovatele.

Pozorování hvězd a planet
Rayleighův-Braceův pokus
Troutonův-Nobleův pokus
Michelson-Morleyův pokus
Brilletův-Hallův pokus

Pozorování hvězd a planet

Kdyby rychlost světla závisela na rychlosti zdroje, museli bychom měřit různé hodnoty od různých zdrojů na obloze. Například měření metodou Olause Roemera, tedy sledování měsíců Jupitera, by dávalo jinou hodnotu pro dobu, kdy se Země od Jupitera vzdaluje a jinou, když se Země k Jupiteru blíží (protože Země kolem Slunce obíhá podstatně rychleji než Jupiter, lze oběhovou rychlost Jupitera zanedbat), ale takový rozdíl nebyl nikdy pozorován. Když exploduje supernova, je zářící materiál z ní odmrštěn směrem k nám i od nás (rozdíl rychlostí jsou desítky tisíc kilometrů za sekundu) a tedy by k nám mělo světlo exploze postupně přilétat od oněch jednotlivých různě rychlých oblaků a výbuch bychom pozorovali i několik stovek let. Tyto jevy jsou však podstatně kratší (měsíce, max. pár let), čili světlo od všech částí vyvržených z hvězdy přilétá ve stejný okamžik, ač rozdíly rychlostí jejich zdrojů jsou dost velké. U těsných dvojhvězd, které obíhají kolem společného těžiště a střídavě jedna hvězda letí k nám a druhá od nás, nebyl také zjištěn rozdíl mezi rychlostmi světla od obou z nich. A nakonec - aberace objektů na obloze závisí na tom, jakou rychlostí k nám od nich přilétá světlo - tak změřil rychlost světla astronom Bradley r.1728. Ačkoli však rychlosti těchto těles vzhledem k nám jsou velmi rozdílné (blízké hvězdy, daleké galaxie), pozorujeme u všech naprosto stejnou aberaci. Světlu je tedy rychlost jeho zdroje lhostejná.


Rayleighův-Braceův pokus

Roku 1904 byl učiněn optický experiment, který měl zjistit pohyb Země vůči etheru. Šlo o to určit, zda materiály, které normálně považujeme za opticky izotropní - např. sklo, kapaliny, ... - nejsou díky Lorentzově kontrakci (ve směru pohybu Země etherem) dvojlomné. Žádný dvojlom však nebyl zjištěn, jakoby Země byla vůči etheru stále v klidu (ke kontrakci nedochází).


Troutonův-Nobleův pokus

Tento experiment je spíše elektrodynamický, nepoužívá tedy světlo, ale také v něm šlo o zjištění pohybu Země v etheru. Aparaturou je nabitý deskový kondenzátor, zavěšený na volně otočném vlákně. Pokud se Země pohybuje etherem, měl by se kondenzátor stočit do jistého směru, jelikož na něj začne působit nenulový moment. Takové otáčení však nebylo pozorováno.

Troutonův-Nobleův pokus


Michelson-Morleyův pokus

Světlo jednoho zdroje je rozděleno na dva kolmé paprsky, které projdou každý svou dráhu a po odrazu od zrcadla se vrací zpět a jsou spojeny. Protože každý prošel trochu jinou dráhu, vznikne tzv. interferenční obraz (paprsky na sebe nepasují). Nejprve bylo zařízení natočeno tak, že jeden paprsek jde podél pohybu Země a druhý kolmo na něj. Když bylo otočeno, aby šel tentokrát podél pohybu Země druhý paprsek, měl se interferenční obraz změnit, protože rychlost světla a Země by se měly sčítat a tím by se změnila dráha paprsků v etheru. Jenže obraz se neměnil, ať bylo aparaturou otáčeno jakkoli - tedy buď je ether dokonale strhován a tím postrádá nehybnost vůči absolutnímu prostoru, nebo se světlo nepohybuje vzhledem k etheru (přesněji - ether neexistuje) a jeho rychlost je vždy stejná, tedy neexistuje ani pohyb vůči vlně v prázdnotě (ani vůči samotné prázdnotě) a tím mizí i důvod, proč by měl ether existovat. Pokus byl samozřejmě mnohokrát opakován v nejrůznějších obměnách, s různými materiály, různými zdroji světla (i mimozemskými), v různou denní i noční dobu, celý umístěný ve vakuu, plovoucí na hladině kapaliny (proti otřesům), v přesně udržované teplotě (přesnost tisícin stupně Celsia). Mezi slavnější varianty původního experimentu patří provedení Kennedy-Thorndikovo z roku 1932, kdy byl použit interferometr s nestejnými rameny. Výsledek všech těchto pokusů byl vždy stejný

Michelson-Morleyův pokus


Brilletův-Hallův pokus

S použitím přesných atomových hodin bylo možné měřit rychlost paprsku na Zemi na jakékoli krátké dráze. Toho bylo využito roku 1979 v pokusu, kde se světlo pohybovalo mezi dvěma zrcadly, byl měřen čas, který spotřebuje na této dráze a s aparaturou se opět otáčelo, aby se jednou přičetl pohyb Země kolem Slunce a podruhé ne. Opět se ukázalo, že rychlost světla se vůbec nezměnila. Pokud bychom chtěli i nadále uchovat myšlenku etheru, znamenalo by to prohlásit, že v soustavě v pohybu vůči etheru se zpomaluje běh času - potom lze vysvětlit i tento jev. Ether je však natolik neurčitá substance, že není důvod na něm nadále lpět, zvlášť, když máme konzistentní teorii, která se bez něj dokonale obejde (teorii relativity)..