Michelson Morley Deneyi

[RoMeO]

MAXWELL'in 19. yüzyılın ikinci yarısında kurduğu Elektromagne-tik Teori, elektrik ve mağnetik olayların uygun ve ahenkli bir teorisi olup bütün elektromagnetik dalgaların ve bu arada, tabiî, ışığın da yayılması*nı matematik kanunlara bağlamaktadır. Klâsik Fizikte hâkim olan meka-nikçi zihniyet, nasıl ses dalgalarını ve su yüzeyindeki dalgaların meyda*na gelişini mekanik bir görüşle, yâni bir ortamın esnek ( = elâstikî) bo*zulumları (=pertürbasyonları) aracılığıyla, izah etmişse elektromagnetik 'dalgaların yayılmasının da, benzer şekilde, bir ortamın esnek bozulumla*rının eseri olacağına kanaat getirmişti. Bu ortamın, denel olarak doğ*rudan doğruya ortaya konulamamakla beraber atomların içine varıncaya kadar evrenin her yerini doldurduğu farzedilmekteydi.

Esir adı verilen bu ortamın esnek bozulumları olarak ortaya çıkan ışık dalgalarının kutuplanmasını (polarizasyonunu) izah etmek için ışı*ğın enine titreşimler yaptığı ve bunu temin edebilmek için de esîrin teorik olarak sonsuz, ve pratik olarak da en mukaavîm cisimlerden daha yük*sek bir sertliği haiz olması gerektiği tesbit edilmiştir. Böyle bir sertliğin esirdeki bütün cisimlerin hareketine sonsuz bir direnç göstermesi yâni hiç bir hareketin mümkün olmaması icâbederdi. En basit gözlemin yalan*ladığı bu keyfiyet esîr kavramındaki, derin çelişikliği açığa çıkarır nite*liktedir. Esir dalgaları olan ışığın boyuna titreşimler yapmadığını izah etmek için ya bu tip boyuna dalgaların sonsuz hızı haiz olduklarını, ya esîrin asla sıkıştırılamayan bir ortam olduğunu, ya da bu tip dalgaların

yayılma hızlarının sıfır olduğunu kabul etmek gerekiyordu ki bu sonun*cu özellik esirin.negatif (!) bir sıkıştırılma katsayısını haiz olmasına denkti.

Diğer taraftan salt kavram olarak da esîr kavramı sıhhatli bir kav*ram değildir. Gerçekten de mantıkta prensip petisyonu denen ve dâvayı delil olarak alma hatâsı demek olan bir tutumu esîrin tanımında açıkça görebiliriz, şöyle ki: eşîrin varlığı hakkında elektromagnetik dalgalardan başka bir delil yoktur; oysaki esîr varsayımı zâten sırf elektromagnetik dalgaları izah etsin diye ortaya atılmıştır. Bu fasit daire ve esîrin her*hangi bir teste tabî tutulamaması bunun çelişiksiz ve objektif bir kavram olmadığını göstermektedir. Diğer taraftan esîr adı verilen bu ortamın aynı zamanda NEWTON anlamındaki «mutlak uzay» kavramının da mü*cessem (somut) temsilcisi olduğuna inanılıyordu. Eğer bir cismin esîre göre mutlak hızı ölçülebilecek olursa, deneyin olumlu bir sonuca erişmesi hâlinde, esîrin varlığı da dolaylı bir şekilde gerçeklenmiş olacaktı.

Öte yandan elektromagnetik teorinin temel denklemleri matematik bakımdan GALÎLE dönüşümlerine göre invaryant değildirler. Şu. hâlde meselâ esîr ile esîre göre düzgün doğrusal bir hareket icra eden bir (S) referans sisteminde elektromagnetizma kanunları farklı olacaktır. Özel*likle meselâ ışığın boşlukta ve esîr içindehızla yayıl*dığına dair olan kanun (S) ye göre artık geçerli olmayacaktır. Eğer elektromagnetizma kanunları her GALÎLE sisteminde yâni birinden di*ğerine GALÎLE dönüşümleriyle geçilen her sistemde invaryant olsalardı, sistemlerin biribirlerine göre izafî hızları ne olursa olsun, ışık her sistem*de c hızıyla yayılacaktı.

Yerin Güneş etrafındaki yörüngesi üzerinde yaklaşık olarak 30 km/ sec lik bir hızla dolandığı astronomik bir şekilde tahkîk edilmiş bir ger*çektir. Çok kısa bir zaman süresi için Yerin bu yörünge üzerinde aldığı yolun bir doğru olduğu ve hızının da bu sürede sabit kaldığı kabul edile*bilir. Şu hâlde bu süre zarfında Yerin esîre göre düzgün doğrusal bir ha*reket yapan bir GALÎLE sistemi teşkil ettiğini söyliyebiliriz.

Mademki ışığın yayılma kanunu GALÎLE sistemlerine göre invar*yant kalma özeliğini haiz değildir, biz Yer üzerinde bir kere Yerin hare*ket yönünde, bir kere aksi yönde ve bir kere de hareket yönüne dik bir yönde ışık yollasak, ışık bu yönlerin hepsinde de ayrı ayrı hızları haiz olacaktır. Başka bir deyimle Yerin teşkil ettiği sistem ışığın yayılma 'hı*zı bakımından izotrop (eşyönlü) olmayacaktır (Uzayın ışık hızı bakımın*dan eşyönsüzlüğü, anizotropluğu). Yalnız bu anizotropluktan yararlanıp

hiç bir astronomik olaya başvurmadan, sâdece esirin her yeri dolduran mutlak bir ortam olması özelliğini göz Önünde tutarak, lâboratuvarımız-da Yerin esire nazaran mutlak hızını ortaya kpyabilirsek bu suretle esi*rin varlığı da denel olarak dolaylı bir şekilde gerçeklenmiş olacaktır.

Bunu gerçekleştirecek olan deney düzeni Michelson ve Morley tarafın*dan geliştirilmiş olup monokromatik bir kaynaktan çıkan ışığın yarı say*dam bir ayna aracılığıyla biri Yerin hareket yönünde ve biri de ona dik İki kısma bölünüp eşit uzaklıklar katettirilerek aynalardan aksettirildik*ten sonra tekrar birleşip girişim saçakları meydana getirmeleri özüne da*yanır (Bk. Şekil: ILI). Böylece meydana gelen girişim saçaklarının du*rumları tesbit edildikten sonra âlet 90° çevrilip saçaklarda ortaya çı*kan kayma ölçülerek buradan Yerin esire göre mutlak hızını hesaplamak mümkün olacaktır. Bu hızın Yerin Güneş etrafındaki teğetsel hızı merte*besinde olması lâzım geldiği aşikârdır.



Yerin v hızıyla hareket doğrultusu olan O A yönünde ışık esîre göre, Klâsik Mekaniğin hızların bileşim kuralına binâen c+v ve bunun aksi yönünde de, yâni AO boyunca da, c—v hızıyla yayılacaktır. Buna göre ışığın OA ve AO yu katetmesi için lâzım gelen zaman



ve bu zamanda ışığın katettiği optik yol da



ve buna tekaabül eden optik yol olarak da




olur. Diğer taraftan ışığın OB ve BO yönlerinde^ hızı da hızların vektö-rel bileşiminden (BK. Sekil: II.2) kolavca elde edilir, ve



bulunur. Buna göre iki ışın aynı uzunlukları katettiklerinde aralarındaki optik yol farkı



olur. Ancak âleti bir kere de pozitif yönde 90° döndürdüğümüzde O A kolu OB yerine ve OB de eski O A nın aksi yönüne gelecek ve bu suretle de kolların rolleri aralarında değişmiş olacaklarından fark da aksi yönde olacak ve girişim saçaklarının kaymasına tekaabül eden optik yol farkı böylece iki misli olacaktır:




n ile ötelenen girişim saçaklarının sayısı ve X ile de monokromatik ışığm dalga boyunu göstermek üzere



ya da



ve buradan da Yerin esîre nazaran mutlak hızı olarak



bulunur, c, X, D bellidir ; ötelenen girişim saçağı adedi olan n de deney so*nucu tesbit edilebilir. Böylece eğer esir var ise Yerin esîre nazaran v mut*lak hızı tesbit edilmiş olur.

Fakat deney sonucu, girişim saçaklarında hiçbir kayma tesbit edile*memiştir: n=0. Bu ise v = 0, yâni Yer esîre göre hareket etmiyor, ya da esîr diye bir ortam mevcut değildir demektir. Deneyin vardığı bu olum*suz sonuç, Yerin hareket ettiğinin başka kaynaklardan reddedilemez bir şekilde tesbit edilmiş olması dolayısıyla, şüphesiz ki tatmin edici bir so*nuç değildir.

EİNSTEÎN 1905 de Michelson-Morley deneyinin olumsuz sonucunun, her türlü art fikirden bağımsız olarak, bize 1) ışığın yayılması bakımın*dan uzayın eşyönlu (izotrop) olmasından başka bir şeye delâlet etmedi*ğini ve, 2) esîr diye bir ortamın mevcut olmadığını gösterdiğini savundu.

Çift yıldızlardan yararlanarak ışığın hızının, kaynağının hareketin*den bağımsız olduğu gösterilebilir. Şekil: II.3 de (a) daki yıldızdan Yere gelen ışık NEWTON mekaniği ilkelerine göre, t ile ışığm yıldızı terkettiği ânı, L ile yıldız-Yer uzaklığını ve T ile de yıldızın yörüngesi üzerindeki peryodunu göstermek suretiyle, sırasıyla



anlarında ve (b) de bulunduğu zamanki ışığı da




olsa, bu takdirde yildızın aynı anda hem (a) ve 'hem de (b) de gözük*mesi gerekirdi. Hâlbuki bu eşitliği gerçekleyecek şekilde bazı çift yıldız*lar bilinmektedir. Fakat bunlar için yıldızın hem (a) da ve hem de aynı anda (b) de gözükmesi gözlenmemiştir. Bu sonuç ışığın hızının kaynağı*na bağlı olduğu varsayımının doğru olmadığını göstermeğe bir delildir.

Işığın hızının kaynağından bağımsız olduğu doğrudan doğruya ve lâboratuvarda gerçekleştirilen deneylerle de, James ve Stenberg tarafın*dan optik yolla (1963) ; Sadeh tarafından elektron-pozitron yokolmasında

ortaya çıkanışınlarından yararlanarak (1963) ; Alranger, Nilsson ve Kjellman tarafından hareket hâlindeki 4,43 MeV lik uyartılmışatom*larının neşrettiğiışıklarıyla; Babcock ve Berman tarafından da optik yolla (1963) ortaya konmuş bulunmaktadır.

Eğer ışık biribirlerine nazaran düzgün doğrusal hareket yapan sis*temlerde kaynağın hareketinden bağımsız olarak aynı bir c hızıyla- eşyön-lü olarak yayılryorsa bunun en tabiî sonucu: (1) esirin ışığın yayılması için fuzûli ve varlığı hiçbir şekilde ortaya konamayan boş vé sübjektif bir varsayım olduğudur; (2) üstelik ışığın eşyönlü yayılması düzgün doğ*rusal hareket eden referans sistemlerinde elektromagnetizma kanunla*rının gerçekten de invaryant olduklarını da îmâ eder.

Bunlardan esinlenen EÎNSTEÎN bu hususları iki ilke hâlinde vaze*derek sonuçlarını incelemiştir:

1) Işığın eşyönlü (izotrop) yayılması ilkesi. Işık, uzayda, kaynağın*dan bağımsız olarak her yönde aynı c hızıyla yayılır.

2) özel Rölativite İlkesi, ister elektromagnetizma olsun, isterse me*kanik olsun bütün fizik kanunlarının ifâdesi bakımından bütün eylemsiz*lik (GALÎLE) sistemleri biribirlerine eşdeğer olmalıdırlar (yâni bütün fizik kanunları bu sistemlerde invaryant olmalıdırlar).

[serseri_b.j.k]

sanırım deneylerle çok ilgileniorsun bende severim deneylerle ilgili kitaplar okumayı paylaşımın için soal