Valguse kiirus
Katsed näitavad, et nii valgus kui ka kõik teised elektromagnetlained (raadiolained, röntgeni- ja gammakiired) liiguvad vaakumis ühe kindla kiirusega c = 299 792 458 m/s ehk ligikaudu c ≈ 300 000 km/s. See arv on mõõdetav suure täpsusega. Selle kaudu defineeritakse meeter kui teepikkus, mille valgus läbib aja 1/c jooksul.
Valgus liigub vaakumis alati sama kiirusega.
Selline kiiruse muutumatus ehk absoluutsus läheb aga vastuollu klassikalise mehaanikaga, mis ütleb, et kiirus on erinevates taustsüsteemides erinev.
a) liigub valgusallika poole kiirusega v?
b) eemaldub sellest kiirusega v?
c) seisab valgusallika suhtes paigal?
Michelsoni-Morley katse
Michelsoni-Morley katse näitas valguse kiiruse muutumatust.
Sellest ajast, kui 19. sajandi algul selgus, et valgus on lainetusnähtus, oletati, et lainetavaks keskkonnaks on nn maailmaeeter, mis täidab kogu universumi ja tungib läbi kõikide kehade. Sel juhul on paratamatu, et Maa liigub maailmaeetri suhtes, sest pole mingit alust pidada Maad eriliseks, universumi eetri suhtes paigalseisvaks kehaks. Kui nii, siis puhub meil pidev „eetrituul” ja vastavalt levib valgus erinevais suundades erineva kiirusega. Seda nähtust püüdis 1881. aastal avastada Albert A. Michelson. Nn Michelsoni-Morley katsena kordas ta seda hiljem koos Edward W. Morleyga. Sama katset on märksa suurema täpsusega hiljemgi korratud.
Katses jaotati valguskiir poolläbipaistva peegli abil kaheks. Kiired suunati ristiasetsevates sihtides edasi-tagasi teele, mille läbimise järel nad taas liideti. Tekkis interferentsipilt, kus valguse intensiivsus kas kasvas või kahanes sõltuvalt kujunenud faasinihkest. Kui valguse kiirus erinevates suundades oleks olnud erinev, siis oleks see interferentsipilt riista kui terviku pööramisel muutunud. Sellist muutust aga ei täheldatud. Valguse kiirus osutus kõikides suundades ühesuguseks.
Tulemus oli üllatav ja seletamatu. Kõigepealt tuli loobuda maailmaeetri hüpoteesist. Valgus levib ka tühjas ruumis. Kuna valguse kiirus erineb teistest kiirustest ainult oma suurusega, siis püüti luua sellist teooriat, mille aluseks on postulaat:
kiirusega c liikuvad objektid liiguvad kõigis inertsiaalsetes taustsüsteemides ühe ja sama kiirusega c.
Vastav iselaadne liikumisi käsitlev teooria – erirelatiivsusteooria – kujunes välja 20. sajandi alguses. See kirjeldab nähtuste kirjelduse sõltuvust taustsüsteemi valikust.
- Service provided by Star Cloud LLC