Rayleigh- och Brace- experimenten var experiment som utfördes 1902 och 1904 för att visa om förkortning av längden leder till dubbelbrytning eller inte. Dessa var bland de första optiska experimenten för att mäta den relativa rörelsen av jorden och den lysande etern , och var noggranna nog för att detektera andra ordningens kvantiteter i v / c . Resultaten var negativa, vilket var av stor betydelse för utvecklingen av Lorentz-transformationerna och därav relativitetsteorin . Se även Experimentell verifiering av speciell relativitet .
För att förklara det negativa resultatet av Michelson-Morley-experimentet introducerade George Fitzgerald (1889) och Hendrik Lorentz (1892) hypotesen om längdkontraktion , enligt vilken kroppen drar ihop sig under sin rörelse genom en fixerad eter .
Lord Rayleigh (1902) tolkade denna kompression som mekanisk kompression, vilket borde resultera i optisk anisotropi av material, så olika brytningsindex borde orsaka dubbelbrytning . För att mäta denna effekt placerade han ett 76 cm långt rör på en skivspelare. Röret stängdes i ändarna med glas och fylldes med koldisulfid eller vatten, och vätskan låg mellan två Nicol-prismor . Genom vätskan sändes ljus (utstrålat av en elektrisk lampa och, ännu viktigare, av ljuset från strålkastarna ) fram och tillbaka. Experimentet var tillräckligt noggrant för att mäta fördröjningenett6000från halva våglängden , det vill säga ungefär 1,2⋅10 -10 . Beroende på riktningen i förhållande till jordens rörelse var den förväntade retardationen på grund av dubbelbrytning i storleksordningen 10 −8 , vilket var ganska överensstämmande med experimentets noggrannhet. Sålunda, förutom experimenten från Michelson-Morley och Troughton-Noble , var detta ett av få experiment genom vilka det var möjligt att detektera kvantiteter av andra ordningen i v/c. Resultatet blev dock helt negativt. Rayleigh upprepade experimenten med lager av glasplattor (om än med en 100-faldigt reducerad noggrannhet) och fick återigen ett negativt resultat [1] .
Dessa experiment kritiserades dock av DeWitt Bristol Brace (1904). Han hävdade att Rayleigh inte korrekt redogjorde för effekterna av kompression ( 0,5⋅10-8 istället för 10-8 ) såväl som brytningsindex, så resultaten var inte avgörande. Därför genomförde Brace experiment med mycket större noggrannhet. Han använde en apparat som var 4,13 m lång, 15 cm bred och 27 cm djup, som var fylld med vatten och kunde rotera (beroende på typ av experiment) runt en vertikal eller horisontell axel. Solljus riktades in i vattnet genom ett system av linser, speglar och reflekterande prismor och reflekterades 7 gånger så att det reste totalt 28,5 m. Således observerades en fördröjning av storleksordningen 7,8⋅10 -13 . Brace fick dock också ett negativt resultat. En annan experimentell uppställning med glas istället för vatten med en noggrannhet på 4,5⋅10 -11 visade inte heller några tecken på dubbelbrytning [2] .
Frånvaron av dubbelbrytning tolkades ursprungligen av Brace som ett vederläggning av längdkontraktion. Lorentz (1904) och Joseph Larmor (1904) visade dock att när kontraktionshypotesen stöds och den fullständiga Lorentz-transformationen används ( det vill säga inklusive tidstransformationen) kan det negativa resultatet förklaras. Dessutom, om relativitetsprincipen antas vara sann från början, som i Albert Einsteins speciella relativitetsteorin (1905), så är resultatet ganska tydligt, eftersom en observatör i enhetlig translationell rörelse kan betrakta sig själv i vila, och kommer därför inte att uppleva någon effekt av egen rörelse. Förkortningen av längden kan alltså inte mätas av en kommande observatör och måste kompletteras med en tidsutvidgning för icke-samarbetsvilliga observatörer, vilket senare också bekräftades av experimenten av Troughton-Rankin (1908) och experimentet av Kennedy-Thorndike (1932) [3] [4 ] [A 1] [A 2] .
| Experimentell verifiering av speciell relativitet | |
|---|---|
| Hastighet/Isotropi | |
| Lorentz invarians |
|
| Tidsutvidgning Lorentz kontraktion |
|
| Energi |
|
| Fizeau/Sagnac | |
| Alternativ | |
| Allmän |
|