A Rayleigh és Brace kísérleteket 1902-ben és 1904-ben végezték annak kimutatására, hogy a hossz rövidítése kettős töréshez vezet -e vagy sem. Ezek voltak az első olyan optikai kísérletek, amelyek a Föld és a világító éter relatív mozgását mérték , és elég pontosak voltak ahhoz, hogy másodrendű mennyiségeket érzékeljenek v / c -ben . Az eredmények negatívak voltak, ami nagy jelentőséggel bírt a Lorentz-transzformációk és így a relativitáselmélet fejlődése szempontjából . Lásd még : A speciális relativitáselmélet kísérleti ellenőrzése .
A Michelson-Morley-kísérlet negatív eredményének magyarázatára George Fitzgerald (1889) és Hendrik Lorentz (1892) bevezette a hossz-összehúzódás hipotézist , amely szerint a test összehúzódik a rögzített éteren keresztüli mozgása során .
Lord Rayleigh (1902) ezt a kompressziót mechanikai tömörítésként értelmezte, aminek az anyagok optikai anizotrópiáját kell eredményeznie, tehát a különböző törésmutatóknak kettős törést kell okozniuk . Ennek a hatásnak a mérésére egy 76 cm hosszú csövet helyezett egy forgótányérra. A csövet a végein üveggel lezárták és szén-diszulfiddal vagy vízzel töltötték, a folyadék pedig két Nicol prizma között volt . A folyadékon keresztül a fény (amelyet egy elektromos lámpa és ami még fontosabb, a keresőlámpák fénye sugárzott ) oda-vissza áramlott. A kísérlet elég pontos volt a késleltetés méréséhezegy6000a hullámhossz felétől , azaz körülbelül 1,2⋅10 -10 . A Föld mozgásának irányától függően a kettős törés miatti várható lassulás 10 -8 nagyságrendű volt , ami nagyjából megfelelt a kísérlet pontosságának. Így Michelson-Morley és Troughton-Noble kísérletei mellett ez egyike volt azon kevés kísérleteknek, amelyekkel másodrendű mennyiségeket lehetett kimutatni v/c-ben. Az eredmény azonban teljesen negatív lett. Rayleigh megismételte a kísérleteket több rétegű üveglappal (bár 100-szor csökkentett pontossággal), és ismét negatív eredményt kapott [1] .
DeWitt Bristol Brace (1904) azonban bírálta ezeket a kísérleteket . Azzal érvelt, hogy Rayleigh nem vette megfelelően figyelembe a kompresszió hatásait ( 10 -8 helyett 0,5⋅10 -8 ), valamint a törésmutatót, így az eredmények nem voltak meggyőzőek. Ezért Brace sokkal nagyobb pontossággal végzett kísérleteket. 4,13 m hosszú, 15 cm széles és 27 cm mély készüléket használt, amely vízzel volt feltöltve, és (a kísérlet típusától függően) függőleges vagy vízszintes tengely körül foroghatott. A napfényt lencsékből, tükrökből és fényvisszaverő prizmákból álló rendszeren keresztül irányították a vízbe, és 7-szer verték vissza, így összesen 28,5 métert tettek meg, így 7,8⋅10 -13 nagyságrendű késést figyeltek meg . Brace azonban negatív eredményt is kapott. Egy másik kísérleti elrendezés víz helyett üveggel , 4,5⋅10 -11 pontossággal szintén nem mutatott kettős törés jelét [2] .
A kettős törés hiányát Brace eredetileg a hossz-összehúzódás cáfolataként értelmezte. Lorentz (1904) és Joseph Larmor (1904) azonban kimutatták, hogy ha a kontrakciós hipotézist alátámasztják, és a teljes Lorentz-transzformációt ( vagyis az időtranszformációt is beleértve), akkor a negatív eredmény megmagyarázható. Továbbá, ha a relativitás elvét eleve igaznak tételezzük fel, mint Albert Einstein speciális relativitáselméletében (1905), akkor az eredmény egészen egyértelmű, hiszen az egyenletes transzlációs mozgásban lévő megfigyelő nyugalmi állapotnak tekintheti magát. és ezért nem tapasztal semmilyen hatást a saját mozgásából. Így a hossz lerövidülése nem mérhető mozgó megfigyelő által, és a nem együttműködő megfigyelők számára egy időbeli dilatációval kell kiegészíteni , amit később Troughton-Rankin (1908) és Kennedy-Thorndike kísérlete is megerősített. (1932) [3] [4 ] [A 1] [A 2] .
| A speciális relativitáselmélet kísérleti igazolása | |
|---|---|
| Sebesség/izotrópia | |
| Lorentz invariancia |
|
| Időtágulás Lorentz kontrakció |
|
| Energia |
|
| Fizeau/Sagnac | |
| Alternatívák | |
| Tábornok |
|