प्रकाशवाही ईथर
प्रकाशवाही ईथर या ईथर[1] (प्रकाशवाही, जिसका अर्थ है "प्रकाश-बेयरिंग"), प्रकाश के प्रसार के लिए संचरण माध्यम था।[2] यह स्पष्ट रूप से तरंग आधारित प्रकाश की खाली जगह (एक निर्वात) के माध्यम से प्रसार करने की क्षमता की व्याख्या करने के लिए लागू किया गया था, कुछ ऐसा जो तरंगों को करने में सक्षम नहीं होना चाहिए था। स्थानिक निर्वात के बजाय प्रकाशवाही ईथर के स्थानिक प्लेनम की धारणा ने सैद्धांतिक माध्यम प्रदान किया जो प्रकाश के तरंग सिद्धांतों के लिए आवश्यक था।
ईथर परिकल्पना अपने पूरे इतिहास में काफी बहस का विषय थी, क्योंकि इसमें भौतिक वस्तुओं के साथ कोई संपर्क नहीं होने के कारण अदृश्य और अनंत सामग्री के अस्तित्व की आवश्यकता थी। जैसा कि प्रकाश की प्रकृति का पता लगाया गया था, विशेष रूप से 19वीं शताब्दी में, ईथर के लिए आवश्यक भौतिक गुण तेजी से विरोधाभासी हो गए थे। 1800 के अंत तक, ईथर के अस्तित्व पर सवाल उठाया जा रहा था, यद्यपि इसे बदलने के लिए कोई भौतिक सिद्धांत नहीं था।
मिशेलसन-मॉर्ले प्रयोग (1887) के ऋणात्मक परिणाम ने सुझाव दिया कि ईथर मौजूद नहीं था, एक खोज जो 1920 के बाद के प्रयोगों में पुष्टि की गई थी। इसने ईथर के बिना प्रकाश के प्रसार को समझाने के लिए काफी सैद्धांतिक काम किया था। प्रमुख सफलता सापेक्षता के सिद्धांत की थी, जो यह समझा सकती थी कि प्रयोग ईथर को देखने में विफल क्यों हुआ, लेकिन यह सुझाव देने के लिए अधिक व्यापक रूप से की गई व्याख्या की आवश्यकता नहीं थी। माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग, ब्लैकबॉडी रेडिएटर और प्रकाश विद्युत प्रभाव के साथ, आधुनिक भौतिकी के विकास में महत्वपूर्ण प्रयोग था, जिसमें सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी दोनों सम्मिलित हैं, जिनमें से उत्तरार्द्ध प्रकाश की कण जैसी प्रकृति की व्याख्या करता है।
प्रकाश और ईथर का इतिहास
कण बनाम तरंगें
17वीं शताब्दी में, रॉबर्ट बॉयल ईथर परिकल्पना के समर्थक थे। बॉयल के अनुसार, ईथर में सूक्ष्म कण होते हैं, जो एक प्रकार से निर्वात की अनुपस्थिति और पिंडों के बीच यांत्रिक बातचीत की व्याख्या करते हैं, और दूसरे प्रकार के चुंबकत्व (और संभवतः गुरुत्वाकर्षण) जैसी घटनाओं की व्याख्या करते हैं, जो मैक्रोस्कोपिक निकायों के विशुद्ध रूप से मैकेनिकल इंटरैक्शन के आधार पर अवर्णनीय हैं, यद्यपि प्राचीन समय के ईथर में कुछ भी ध्यान नहीं दिया गया था लेकिन एक बहुत ही अस्पष्ट और बहुत ही सूक्ष्म पदार्थ था, लेकिन फिर भी हम इस बात की अनुमति देने के लिए वर्तमान सामग्री हैं कि हमेशा उत्तर और दक्षिण के बीच निश्चित मार्ग में आगे बढ़ने वाली वायु धाराओं की श्रेणी में होता है।[3]
क्रिस्टियान ह्यूजेंस के ग्रंथ ऑन लाइट (1690) ने परिकल्पना की कि प्रकाश ईथर के माध्यम से तरंग का प्रसार है। वह और आइजैक न्यूटन केवल प्रकाश तरंगों को अनुदैर्ध्य तरंग के रूप में देख सकते थे, जो ध्वनि और तरल पदार्थों में अन्य यांत्रिक तरंगो की तरह फैलती थी। यद्यपि, अनुदैर्ध्य तरंगों की तरह अनुप्रस्थ तरंग की तरह दो ध्रुवीकरण (तरंगों) के बजाय, किसी दिए गए प्रसार दिशा के लिए अनुदैर्ध्य तरंगों का केवल एक ही रूप होता है। इस प्रकार, अनुदैर्ध्य तरंगें द्विरोधीता की व्याख्या नहीं कर सकती हैं, जिसमें प्रकाश के दो ध्रुवीकरण क्रिस्टल द्वारा अलग-अलग तरीके से अपवर्तित होते हैं। इसके अलावा, न्यूटन ने प्रकाश को एक माध्यम में तरंगों के रूप में खारिज कर दिया क्योंकि इस तरह के माध्यम को अंतरिक्ष में हर जगह विस्तार करना होगा और इस प्रकार उन महान पिंडों (ग्रहों और धूमकेतुओं) की गति को बाधित और मंद कर देगा और इस प्रकार यह [प्रकाश का माध्यम] उपयोग नहीं करता है और प्रकृति के संचालन को बाधित और उसे मंद बनाता है, इसलिए इसके अस्तित्व के लिए कोई सबूत नहीं है और इसलिए इसे खारिज किया जाना चाहिए।
आइजैक न्यूटन ने तर्क दिया कि प्रकाश कई छोटे कणों से बना है। यह प्रकाश की सीधी रेखाओं में यात्रा करने की क्षमता और सतहों से परावर्तन (भौतिकी) जैसी विशेषताओं की व्याख्या कर सकता है। न्यूटन ने प्रकाश कणों की कल्पना गैर-गोलाकार कणिकाओं के रूप में की, जिनके विभिन्न पक्ष द्विअपवर्तन को जन्म देते हैं। लेकिन प्रकाश का कण सिद्धांत अपवर्तन और विवर्तन की संतोषजनक व्याख्या नहीं कर सकता है। अपवर्तन की व्याख्या करने के लिए, न्यूटन की प्रकाशिकी की तीसरी पुस्तक (पहला संस्करण 1704, चौथा संस्करण 1730) ने प्रकाश की तुलना में तेज गति से कंपन संचारित करने वाला "एथरियल माध्यम" को प्रकाश की तुलना में तेजी से कंपन संचारित करने के लिए कहा, जिसके द्वारा प्रकाश, जब आगे निकल जाता है, "आसान प्रतिबिंब और आसान संचरण के फिट" में डाल दिया जाता है। "जो अपवर्तन और विवर्तन का कारण बना था। न्यूटन का मानना था कि ये कंपन ऊष्मा विकिरण से संबंधित थे:
क्या गर्म कमरे की गर्मी हवा की तुलना में बहुत सूक्ष्म माध्यम के कंपन द्वारा निर्वात के माध्यम से व्यक्त नहीं की जाती है, जो हवा को बाहर निकालने के बाद निर्वात में बनी रहती है? और क्या यह माध्यम उस माध्यम के साथ समान नहीं है जिसके द्वारा प्रकाश अपवर्तित और परावर्तित होता है और जिसके कंपन से प्रकाश निकायों में ऊष्मा का संचार करता है और आसान परावर्तन और आसान संचरण के फिट में डाल दिया जाता है?[A 1]: 349
आधुनिक समझ के विपरीत कि ऊष्मा विकिरण और प्रकाश दोनों विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं, न्यूटन ने ऊष्मा और प्रकाश को दो अलग-अलग घटनाओं के रूप में देखा था। उनका मानना था कि जब प्रकाश की किरण किसी भी पारदर्शी पिंड की सतह पर पड़ती है तो उष्मा के कंपन उत्तेजित होते हैं।: 348 उन्होंने लिखा, मुझे नहीं पता कि यह ईथर क्या है, लेकिन अगर इसमें कण होते हैं तो वे अवश्य ही होते हैं।
वायु से या प्रकाश से भी बहुत छोटा: इसके कणों की अत्यधिक लघुता उस बल की महानता में योगदान दे सकती है जिसके द्वारा वे कण एक दूसरे से पीछे हट सकते हैं, और इस तरह उस माध्यम को वायु की तुलना में अत्यधिक दुर्लभ और लोचदार बना सकते हैं। परिणामस्वरूप प्रक्षेप्य की गति का प्रतिरोध करने में बहुत कम सक्षम है और खुद को विस्तारित करने का प्रयास करके सकल निकायों पर दबाव डालने में सक्षम है।[A 1]: 352
ब्रैडली कणों का सुझाव देते हैं
1720 में, जेम्स ब्रैडली ने वर्ष के अलग-अलग समय में तारों का माप लेकर तारकीय लंबन को मापने का प्रयास करने वाले प्रयोगों की श्रृंखला को अंजाम दिया था। जैसे-जैसे पृथ्वी सूर्य के चारों ओर घूमती है, किसी दिए गए दूर के स्थान पर स्पष्ट कोण बदल जाता है। उन कोणों को मापकर सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की ज्ञात कक्षीय परिधि के आधार पर तारे की दूरी की गणना की जा सकती है। वह किसी भी लंबन का पता लगाने में विफल रहे, जिससे सितारों की दूरी कम हो गई थी।
इन प्रयोगों के दौरान, ब्रैडली ने संबंधित प्रभाव की भी खोज की, सितारों की स्पष्ट स्थिति वर्ष में बदल गई, लेकिन उम्मीद के अनुसार नहीं थे। तारे के संबंध में जब पृथ्वी अपनी कक्षा के किसी भी छोर पर थी, तब प्रकट कोण को अधिकतम करने के बजाय, कोण को अधिकतम किया गया था जब पृथ्वी स्टार के संबंध में अपने सबसे तेज साइडवे वेग पर थी। इस प्रभाव को अब तारकीय विचलन के रूप में जाना जाता है।
ब्रैडली ने न्यूटन के प्रकाश के कणिका सिद्धांत के संदर्भ में इस आशय की व्याख्या की, यह दिखाते हुए कि विपथन कोण पृथ्वी के कक्षीय वेग और प्रकाश के कणिकाओं के वेग के सरल सदिश जोड़ द्वारा दिया गया था, ठीक उसी तरह जैसे ऊर्ध्वाधर रूप से गिरने वाली वर्षा की बूंदें एक गतिमान वस्तु पर प्रहार करती हैं। कोण, पृथ्वी के वेग और विपथन कोण को जानने से उन्हें प्रकाश की गति का अनुमान लगाने में मदद मिलती है।
प्रकाश के ईथर-आधारित सिद्धांत के संदर्भ में तारकीय विपथन की व्याख्या करना अधिक समस्याग्रस्त माना गया था। जैसा कि विपथन सापेक्ष वेगों पर और वेग पृथ्वी की गति पर निर्भर था, ईथर को तारे के संबंध में स्थिर रहना पड़ता था क्योंकि पृथ्वी इसके माध्यम से चलती थी। इसका मतलब यह था कि पृथ्वी ईथर के माध्यम से यात्रा कर सकती है, जो भौतिक माध्यम है, जिसका कोई स्पष्ट प्रभाव नहीं है - वास्तव में समस्या जिसने न्यूटन को पहली जगह पर तरंग मॉडल को अस्वीकार करने के लिए प्रेरित किया था।
तरंग-सिद्धांत की जीत
एक सदी बाद, थॉमस यंग (वैज्ञानिक)[lower-alpha 1] और ऑगस्टिन-जीन फ्रेस्नेल ने प्रकाश के तरंग सिद्धांत को पुनर्जीवित किया जब उन्होंने बताया कि प्रकाश अनुदैर्ध्य तरंग के बजाय अनुप्रस्थ तरंग हो सकता है; अनुप्रस्थ तरंग का ध्रुवीकरण (जैसे न्यूटन के प्रकाश के पक्ष) द्विरता को समझा सकता है, और विवर्तन पर प्रयोगों की एक श्रृंखला के मद्देनजर, न्यूटन के कण मॉडल को अंततः छोड़ दिया गया था। इसके अलावा, भौतिकविदों ने यह भी माना कि, यांत्रिक तरंगों की तरह, प्रकाश तरंगों को प्रसार के लिए माध्यम की आवश्यकता थी और इस प्रकार सभी अंतरिक्ष में ईथर 'गैस के विचार की आवश्यकता थी।
यद्यपि, अनुप्रस्थ तरंग को द्रव के विपरीत, ठोस के रूप में व्यवहार करने के लिए स्पष्ट रूप से प्रसार माध्यम की आवश्यकता होती है। ठोस का प्रसार जो अन्य पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया नहीं करता था, थोड़ा अजीब लग रहा था और ऑगस्टिन-लुई कॉची ने सुझाव दिया कि शायद किसी प्रकार का घसीटना या प्रवेश करना था, लेकिन इसने विपथन माप को समझना मुश्किल बना दिया। उन्होंने यह भी सुझाव दिया कि अनुदैर्ध्य तरंगों की अनुपस्थिति ने सुझाव दिया कि ईथर में ऋणात्मक संपीड्यता थी। जॉर्ज ग्रीन (गणितज्ञ) ने बताया कि ऐसा द्रव अस्थिर होगा। जॉर्ज गेब्रियल स्टोक्स एंट्रेंस इंटरप्रिटेशन के चैंपियन बन गए, एक ऐसा मॉडल विकसित किया जिसमें पाइन पिच की तरह ईथर पतला (धीमी गति पर द्रव और तेज गति पर कठोर) हो सकता है। इस प्रकार पृथ्वी इसके माध्यम से काफी स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकती है, लेकिन यह प्रकाश का समर्थन करने के लिए पर्याप्त कठोर होगी।
विद्युत चुंबकत्व
1856 में, विल्हेम एडवर्ड वेबर और रूडोल्फ कोलराउश ने आवेश की इलेक्ट्रोस्टैटिक इकाई की इलेक्ट्रोस्टैटिक यूनिट के अनुपात के संख्यात्मक मान को मापा था। उन्होंने पाया कि चार्ज की इलेक्ट्रोस्टैटिक यूनिट और ऐबकूलम्ब के बीच का अनुपात प्रकाश की गति c है।[5] अगले वर्ष, गुस्ताव किरचॉफ ने पेपर लिखा जिसमें उन्होंने दिखाया कि बिजली के तार के साथ सिग्नल की गति प्रकाश की गति के बराबर होती है। ये प्रकाश की गति और विद्युत चुम्बकीय घटना के बीच पहली बार दर्ज की गई ऐतिहासिक कड़ी हैं।
जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने माइकल फैराडे की बल रेखा पर काम करना शुरू किया। 1861 में शक्ति के भौतिक आधार पर लिखे अपने पत्र में उन्होंने आणविक भंवर के सागर का उपयोग करते हुए बल की इन चुंबकीय रेखाओं का प्रतिरूपण किया जिसे वे आंशिक रूप से एथर और साधारण पदार्थ से बने माने जाते थे। उन्होंने अनुप्रस्थ लोचदारता और इस लोचदार माध्यम के घनत्व के संदर्भ में डाईइलेक्ट्रिक स्थिरांक और चुंबकीय पारगम्यता के लिए अभिव्यक्ति प्राप्त की थी। फिर उन्होंने 1856 के वेबर और कोहलरॉश के परिणाम के उपयुक्त अनुकूलित संस्करण के साथ चुंबकीय पारगम्यता के लिए डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक के अनुपात की बराबरी की और उन्होंने इस परिणाम को ध्वनि की गति के लिए न्यूटन के समीकरण में प्रतिस्थापित किया था। हिप्पोलाइट फिज़ौ द्वारा मापी गई प्रकाश की गति के करीब था, मैक्सवेल ने निष्कर्ष निकाला कि प्रकाश में उसी माध्यम के उतार-चढ़ाव होते हैं जो विद्युत और चुंबकीय घटना का कारण है।[B 1][B 2][B 3][B 4]
यद्यपि, मैक्सवेल ने अपने आणविक भंवरों की सटीक प्रकृति के बारे में कुछ अनिश्चितताएँ व्यक्त की थीं और इसलिए उन्होंने समस्या के लिए विशुद्ध रूप से गतिशील दृष्टिकोण अपनाना शुरू किया। उन्होंने 1864 में एक और पत्र लिखा, जिसका शीर्षक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का एक गतिशील सिद्धांत था, जिसमें प्रकाशवाही माध्यम का विवरण कम स्पष्ट था।[A 2] यद्यपि मैक्सवेल ने स्पष्ट रूप से आणविक भंवरों के समुद्र का उल्लेख नहीं किया, एम्पीयर के सर्किटल कानून की उनकी व्युत्पत्ति 1861 के पेपर से हुई थी और उन्होंने गतिशील दृष्टिकोण का उपयोग किया जिसमें विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के भीतर घूर्णन गति शामिल थी जिसे उन्होंने फ्लाईव्हील्स की क्रिया से तुलना की थी। इस दृष्टिकोण का उपयोग करके इलेक्ट्रोमोटिव बल समीकरण (लोरेंत्ज़ बल समीकरण का पूर्ववर्ती) को उचित ठहराने के लिए, उन्होंने आठ समीकरणों के एक सेट से तरंग समीकरण प्राप्त किया जो कागज में प्रकट हुआ और जिसमें इलेक्ट्रोम ऑटोमोटिव फोर्स समीकरण और एम्पीयर के सर्किट कानून सम्मिलित थे।[A 2] मैक्सवेल ने एक बार फिर वेबर और कोलराउश के प्रयोगात्मक परिणामों का उपयोग यह दिखाने के लिए किया कि यह तरंग समीकरण विद्युत चुम्बकीय तरंग का प्रतिनिधित्व करता है जो प्रकाश की गति से फैलता है, इसलिए इस दृष्टिकोण का समर्थन करता है कि प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण का रूप है।
ऐसे हर्ट्ज़ियन तरंगों के लिए प्रसार माध्यम की स्पष्ट आवश्यकता को इस तथ्य से देखा जा सकता है कि वे ऑर्थोगोनल बिजली का आवेश (E) और चुंबकीय (B या H) तरंगों से मिलकर बने होते हैं। E तरंगों में अनंत द्विध्रुवीय विद्युत क्षेत्र होते हैं और ऐसे सभी द्विध्रुवों को अलग और विपरीत विद्युत आवेशों की आवश्यकता होती है। विद्युत आवेश पदार्थ का अविवेकी गुण है, इसलिए ऐसा प्रतीत हुआ कि प्रत्यावर्ती धारा प्रदान करने के लिए किसी प्रकार के पदार्थ की आवश्यकता होती है जो तरंग के प्रसार पथ के साथ किसी भी बिंदु पर मौजूद प्रतीत होता है। वास्तविक निर्वात में तरंगों के प्रसार का अर्थ बिना संबद्ध विद्युत आवेश के विद्युत क्षेत्र का अस्तित्व, या बिना संबद्ध पदार्थ के विद्युत आवेश होगा। यद्यपि मैक्सवेल के समीकरणों के साथ संगत, विद्युत क्षेत्रों के विद्युत चुम्बकीय प्रेरण को निर्वात में प्रदर्शित नहीं किया जा सकता है, क्योंकि विद्युत क्षेत्रों का पता लगाने के सभी तरीकों में विद्युत आवेशित पदार्थ की आवश्यकता होती है।
इसके अलावा, मैक्सवेल के समीकरणों के लिए आवश्यक है कि निर्वात में सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगें निश्चित गति, प्रकाश की गति पर फैलती हैं। जैसा कि यह न्यूटोनियन भौतिकी में संदर्भ के केवल एक फ्रेम में हो सकता है (गैलीलियन आपेक्षिकता देखें), ईथर को संदर्भ के पूर्ण और अद्वितीय फ्रेम के रूप में परिकल्पित किया गया था जिसमें मैक्सवेल के समीकरण हैं। यही है, ईथर अभी भी सार्वभौमिक रूप से होना चाहिए, अन्यथा सी किसी भी भिन्नता के साथ भिन्न होगा जो इसके सहायक माध्यम में हो सकता है। मैक्सवेल ने स्वयं पहियों और गियर के आधार पर ईथर के कई यांत्रिक मॉडल प्रस्तावित किए और जॉर्ज फ्रांसिस फिट्ज़गेराल्ड ने उनमें से एक का कार्यशील मॉडल भी बनाया। इन मॉडलों को इस तथ्य से सहमत होना पड़ा कि विद्युत चुम्बकीय तरंगें अनुप्रस्थ तरंगें हैं लेकिन अनुदैर्ध्य तरंगें नहीं हैं।
समस्याएं
इस बिंदु तक, एथर के यांत्रिक गुण अधिक से अधिक शानदार हो गए थे: समष्टि भरने के लिए इसे तरल पदार्थ होना था, लेकिन जो प्रकाश तरंगों की उच्च आवृत्तियों का समर्थन करने के लिए स्टील की तुलना में लाखों गुना अधिक कठोर था। इसे द्रव्यमान रहित और बिना चिपचिपाहट वाला भी होना था, अन्यथा यह ग्रहों की कक्षाओं को स्पष्ट रूप से प्रभावित करता। इसके अतिरिक्त ऐसा प्रतीत होता है कि यह पूरी तरह से पारदर्शी, गैर-निष्क्रिय, अंसपीड्य और बहुत ही छोटे पैमाने पर निरंतर होना चाहिए।[6] मैक्सवेल ने एनसाइक्लोपीडिया ब्रिटानिका में लिखा:[A 3]
ईथर का आविष्कार ग्रहों में तैरने, विद्युत वायुमंडल और चुंबकीय प्रवाह का निर्माण करने के, हमारे निकाय के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में स्पंदन को व्यक्त करने के लिए किया गया था, और इसी तरह, जब तक कि सभी स्थान तीन या चार बार ईथर से भर नहीं गए। एकमात्र ईथर जो बच गया है वह है जिसका आविष्कार ह्यूजेंस ने प्रकाश के प्रसार को समझाने के लिए किया था।
समकालीन वैज्ञानिकों को समस्याओं के बारे में पता था, लेकिन एथर सिद्धांत इस बिंदु तक भौतिक कानून में इतना मजबूत था कि इसे केवल अस्तित्व में माना गया था। 1908 में ओलिवर लॉज ने इस विषय पर रॉयल इंस्टीट्यूशन को लॉर्ड रैयल की ओर से एक भाषण दिया,[7] जिसमें उन्होंने इसके भौतिक गुणों को रेखांकित किया, और फिर वे असंभव क्यों नहीं थे, कारणों की पेशकश करने का प्रयास किया। फिर भी, उन्हें आलोचनाओं के बारे में भी पता था, उन्होंने लॉर्ड सैलिसबरी को यह कहते हुए उद्धृत किया कि "एथर क्रिया के नाममात्र मामले की तुलना में थोड़ा अधिक है"। अन्य लोगों ने इसे अंग्रेजी आविष्कार के रूप में आलोचना की, यद्यपि रैले ने मजाक में कहा कि यह वास्तव में शाही संस्थान का आविष्कार था।[8]
बीसवीं शताब्दी के आरंभ तक, ईथर सिद्धांत संकट में था। एथर के माध्यम से पृथ्वी की गति का पता लगाने की कोशिश करने के लिए 19 वीं शताब्दी के अंत में लगातार जटिल प्रयोगों की श्रृंखला की गई थी और ऐसा करने में विफल रहे थे। प्रस्तावित ईथर-ड्रगिंग सिद्धांतों की श्रृंखला नल परिणाम की व्याख्या कर सकती है, लेकिन ये अधिक जटिल थे, और मनमाने दिखने वाले गुणांक और भौतिक मान्यताओं का उपयोग करने की प्रवृत्ति थी। लोरेंत्ज़ ईथर सिद्धांत के ढांचे के भीतर प्रस्तुत लोरेन्ज और फिट्जगेरल्ड अधिक परिष्कृत समाधान है कि पूर्ण एथर की गति कैसे अग्रेषित की जा सकती है (लंबाई संकुचन), लेकिन यदि उनके समीकरण सही थे, तो सापेक्षता का नया विशेष सिद्धांत (1905) उत्पन्न कर सकता था। बिना किसी एथर का उल्लेख किए। एथर ओकाम के रेजर से गिर गया।[B 2][B 3][B 4]
पृथ्वी और ईथर के बीच सापेक्ष गति
ईथर ड्रैग
दो सबसे महत्वपूर्ण मॉडल, जिनका उद्देश्य पृथ्वी और ईथर की सापेक्ष गति का वर्णन करना था, ऑगस्टिन-जीन फ्रेस्नेल (1818) का (लगभग) स्थिर ईथर का मॉडल था, जिसमें फ्रेस्नेल के ड्रैगिंग गुणांक द्वारा निर्धारित आंशिक एथर ड्रैग शामिल था,[A 4]और जॉर्ज गेब्रियल स्टोक्स' (1844)[A 5] पूर्ण ईथर ड्रैग का मॉडल था। बाद के सिद्धांत को सही नहीं माना गया था, क्योंकि यह प्रकाश के विचलन के साथ संगत नहीं था, और इस समस्या को समझाने के लिए विकसित सहायक परिकल्पनाएं विश्वसनीय नहीं थीं। इसके अलावा, बाद के प्रयोगों के रूप में साग्नक प्रभाव (1913) ने यह भी दिखाया कि यह मॉडल अक्षम्य है। यद्यपि, फ्रेशल के सिद्धांत का समर्थन करने वाला सबसे महत्वपूर्ण फ़िज़ियो प्रयोग 1851 के एक्सपेरिमेंटल कन्फर्मेशन ऑफ़ फ्रेसेल की 1818 भविष्यवाणी थी कि वेग v के साथ अपवर्तक सूचकांक n मूविंग के साथ उसी दिशा में माध्यम से यात्रा करने वाले प्रकाश की गति जैसे कि c/n से v को बढ़ा देगा।[E 1][E 2]
अर्थात्, संचलन प्रकाश में माध्यम के वेग का केवल अंश जोड़ता है (तारकीय विपथन के अनुरूप संदर्भ के सभी फ्रेम में स्नेल के नियम को काम करने के लिए फ्रेस्नेल द्वारा भविष्यवाणी की गई)। प्रारम्भ में इसका अर्थ यह निकाला गया था कि मध्यम ईथर को मध्यम के वेग के हिस्से के साथ खींचता है, लेकिन विलियम वेल्टमैन द्वारा प्रदर्शित किए जाने के बाद यह समझ बहुत समस्याग्रस्त हो गई कि फ्रेस्नेल के सूत्र में सूचकांक n प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है, ताकि ईथर तरंग दैर्ध्य-स्वतंत्र गति से नहीं चल सकता है। इसका तात्पर्य यह है कि असीम रूप से कई आवृत्तियों में से प्रत्येक के लिए अलग ईथर होना चाहिए।
ऋणात्मक ईथर-धारा प्रयोग
फ़्रेस्नेल की ईथर परिकल्पना के साथ मुख्य कठिनाई न्यूटोनियन गतिकी और मैक्सवेल के विद्युत चुंबकत्व के दो अच्छी तरह से स्थापित सिद्धांतों के संयोग से उत्पन्न हुई। गैलिलियन परिवर्तन के तहत न्यूटोनियन गतिकी के समीकरण अपरिवर्तनीय (भौतिकी) हैं, जबकि विद्युत चुंबकत्व के नहीं हैं। मूल रूप से इसका मतलब यह है कि जबकि गैर-त्वरित प्रयोगों में भौतिकी समान होनी चाहिए, प्रकाश समान नियमों का पालन नहीं करेगा क्योंकि यह सार्वभौमिक ईथर फ्रेम में यात्रा कर रहा है। इस अंतर के कारण होने वाले कुछ प्रभाव का पता लगाया जाना चाहिए।
एक सरल उदाहरण उस मॉडल से संबंधित है जिस पर ईथर मूल रूप से बनाया गया था: ध्वनि। यांत्रिक तरंगों के प्रसार की गति, ध्वनि की गति, माध्यम के यांत्रिक गुणों द्वारा परिभाषित की जाती है। ध्वनि हवा की तुलना में पानी में 4.3 गुना तेजी से यात्रा करती है। यह बताता है कि क्यों एक व्यक्ति पानी के नीचे और तेजी से सामने आने वाले विस्फोट को सुन सकता है क्योंकि हवा के माध्यम से धीमी गति से यात्रा करने वाली ध्वनि आती है। इसी तरह, एक हवाईजहाज पर एक यात्री अभी भी दूसरे यात्री के साथ बातचीत कर सकता है क्योंकि शब्दों की आवाज विमान के अंदर हवा के साथ यात्रा कर रही है। यह प्रभाव सभी न्यूटोनियन गतिकी के लिए बुनियादी है, जो कहता है कि ध्वनि से लेकर फेंके गए बेसबॉल के प्रक्षेपवक्र तक सब कुछ उड़ान भरने वाले विमान में समान रहना चाहिए (कम से कम एक स्थिर गति पर) जैसे कि अभी भी जमीन पर बैठा हो। यह गैलिलियन परिवर्तन और संदर्भ के फ्रेम की अवधारणा का आधार है।
लेकिन यह प्रकाश के लिए सही नहीं माना गया था, क्योंकि मैक्सवेल के गणित ने प्रकाश के प्रसार के लिए एकल सार्वभौमिक गति की मांग की थी, जो स्थानीय परिस्थितियों पर नहीं, बल्कि दो मापा गुणों पर, मुक्त स्थान की पारगम्यता और पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) पर आधारित थी। जो पूरे ब्रह्मांड में समान माने जाते थे। यदि ये संख्याएँ बदलती हैं, तो आकाश में ध्यान देने योग्य प्रभाव होने चाहिए; उदाहरण के लिए, अलग-अलग दिशाओं में सितारों के अलग-अलग रंग होंगे।
इस प्रकार किसी भी समय विशेष समन्वय प्रणाली होनी चाहिए जो एथर के सापेक्ष हो। मैक्सवेल ने 1870 के दशक के उत्तरार्ध में उल्लेख किया कि इस एथर के सापेक्ष गति का पता लगाना आसान होना चाहिए, पृथ्वी की गति के साथ यात्रा करने वाली रोशनी की गति पीछे की ओर जाने वाले प्रकाश की तुलना में अलग गति होगी, क्योंकि वे दोनों एक साथ आगे बढ़ रहे होंगे। भले ही एथर का समग्र सार्वभौमिक प्रवाह था, दिन / रात चक्र के दौरान स्थिति में परिवर्तन, या मौसम की अवधि के दौरान, बहाव का पता चलने देना चाहिए।
पहले क्रम के प्रयोग
यद्यपि ईथर फ्रेस्नेल के अनुसार लगभग स्थिर है, उनका सिद्धांत केवल दूसरे क्रम में ईथर बहाव प्रयोगों के धनात्मक परिणाम की भविष्यवाणी करता है , क्योंकि फ्रेस्नेल का ड्रैगिंग गुणांक पहले क्रम में प्रभावों को मापने में सक्षम सभी ऑप्टिकल प्रयोगों का . ऋणात्मक परिणाम देगा। निम्नलिखित प्रथम-क्रम के प्रयोगों द्वारा इसकी पुष्टि की गई, जिसके सभी ने ऋणात्मक परिणाम दिए। निम्नलिखित सूची विल्हेम वियना (1898) के विवरण पर आधारित है, एडमंड टेलर व्हिटेकर (1910) और जैकब लाउब (1910) के विवरण के अनुसार परिवर्तन और अतिरिक्त प्रयोग:[B 5][B 1][B 6]
- फ्रेंकोइस अरागो (1810) का प्रयोग, यह पुष्टि करने के लिए कि क्या अपवर्तन, और इस प्रकार प्रकाश का विपथन, पृथ्वी की गति से प्रभावित है। इसी तरह के प्रयोग जॉर्ज बिडेल एरी (1871) द्वारा पानी से भरे टेलीस्कोप के माध्यम से और एलेउथेरे मैस्कर्ट (1872) द्वारा किए गए थे।[E 3][E 4][E 5]
- फिज़ाऊ (1860) का प्रयोग, यह पता लगाने के लिए कि क्या कांच के स्तंभों के माध्यम से ध्रुवीकरण विमान का घूर्णन पृथ्वी की गति से बदल जाता है। उन्होंने एक धनात्मक परिणाम प्राप्त किया, लेकिन लोरेंत्ज़ दिखा सकता है कि परिणाम विरोधाभासी रहे हैं। डेविट ब्रिस्टल ब्रेस (1905) और स्ट्रैसर (1907) ने बेहतर सटीकता के साथ प्रयोग को दोहराया, और ऋणात्मक परिणाम प्राप्त किए।[E 6][E 7][E 8]
- मार्टिन होक (1868) का प्रयोग है। यह प्रयोग फिज़ाऊ प्रयोग (1851) का अधिक सटीक रूपांतर है। दो प्रकाश किरणें विपरीत दिशाओं में भेजी गईं - उनमें से एक आराम करने वाले पानी से भरे रास्ते पर चलती है, दूसरी हवा के रास्ते का अनुसरण करती है। फ्रेस्नेल के ड्रैगिंग गुणांक के साथ समझौते में, उन्होंने ऋणात्मक परिणाम प्राप्त किया।[E 9]
- विल्हेम क्लिंकरफ्यूज़ (1870) के प्रयोग ने जांच की कि क्या सोडियम के अवशोषण रेखा पर पृथ्वी की गति का प्रभाव मौजूद है। उन्होंने धनात्मक परिणाम प्राप्त किया, लेकिन यह एक प्रायोगिक त्रुटि दिखाई गई, क्योंकि हरमनस हागा (1901) द्वारा प्रयोग की पुनरावृत्ति ने ऋणात्मक परिणाम दिया।[E 10][E 11]
- केटेलर (1872) का प्रयोग, जिसमें इंटरफेरोमीटर की दो किरणें पानी से भरी दो परस्पर झुकी हुई नलियों के माध्यम से विपरीत दिशाओं में भेजी गईं। व्यतिकरण सीमा में कोई परिवर्तन नहीं हुआ। बाद में, मस्कार्ट (1872) ने दिखाया कि कैल्साइट में ध्रुवीकृत प्रकाश की व्यतिकरण सीमाएँ भी अप्रभावित रहीं।[E 12][E 13]
- क्वार्ट्ज में ध्रुवीकरण विमान के रोटेशन के परिवर्तन को खोजने के लिए एलेउथेरे मस्कर्ट (1872) का प्रयोग है। जब प्रकाश की किरणों की दिशा पृथ्वी की गति की थी और फिर विपरीत दिशा में, तो घूर्णन में कोई परिवर्तन नहीं पाया गया। लॉर्ड रेले ने बेहतर सटीकता के साथ इसी तरह के प्रयोग किए, और ऋणात्मक परिणाम भी प्राप्त किया।[E 5][E 13][E 14]
उन ऑप्टिकल प्रयोगों के अलावा, इलेक्ट्रोडायनामिक प्रथम-क्रम के प्रयोग भी किए गए थे, जिससे फ्रेस्नेल के अनुसार धनात्मक परिणाम सामने आने चाहिए थे। यद्यपि, हेनरी एंथोनी लोरेंत्ज़ (1895) ने फ्रेस्नेल के सिद्धांत को संशोधित किया और दिखाया कि उन प्रयोगों को एक स्थिर ईथर द्वारा भी समझाया जा सकता है:[A 6]
- विल्हेम रोनटगेन (1888) का प्रयोग यह पता लगाने के लिए किया गया कि क्या आवेशित संघनित्र पृथ्वी की गति के कारण चुंबकीय बलों का उत्पादन करता है।[E 15]
- थिओडोर डेस कुड्रेस (1889) का प्रयोग, यह पता लगाने के लिए कि क्या दो तार के आगमनात्मक प्रभाव तीसरे पर रोल करता है, पृथ्वी की गति की दिशा से प्रभावित होता है। लोरेंत्ज़ ने दिखाया कि यह प्रभाव कंडक्टरों पर इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज (पृथ्वी की गति से उत्पन्न) द्वारा पहले क्रम में रद्द कर दिया गया है।[E 16]
- कोनिग्सबर्गर का प्रयोग (1905) है। संघनित्र की प्लेटें प्रबल विद्युत चुम्बक के क्षेत्र में स्थित होती हैं। पृथ्वी की गति के कारण प्लेटों को आवेशित हो जाना चाहिए था। ऐसा कोई प्रभाव नहीं देखा गया।[E 17]
- फ्रेडरिक थॉमस ट्राउटन (1902) का प्रयोग है। एक संघनित्र को पृथ्वी की गति के समानांतर लाया गया, और यह माना गया कि जब संघनित्र को आवेशित किया जाता है तो संवेग उत्पन्न होता है। लोरेंत्ज़ के सिद्धांत द्वारा ऋणात्मक परिणाम की व्याख्या की जा सकती है, जिसके अनुसार विद्युत चुम्बकीय गति पृथ्वी की गति के कारण गति की भरपाई करती है। लोरेंत्ज़ यह भी दिखा सकता है कि इस तरह के प्रभाव को देखने के लिए तंत्र की संवेदनशीलता बहुत कम थी।[E 18]
दूसरे क्रम के प्रयोग
Error creating thumbnail:माइकलसन-मोरली प्रयोग ने प्रकाश के लिए समय की तुलना दो आर्थोगोनल दिशाओं में दर्पण से प्रतिबिंबि