מניסוי מייקלסון-מורלי לאיינשטיין

תורת יחסות אלטרנטיבית (1)
תמונה של קימל
פרופסור גיורא קימל

הכול החל מניסוי שערכו הפיזיקאים מייקלסון ומורלי במאה ה-19. שני הפיזיקאים הניחו שהאור נע בחלל וכן על פני כדור הארץ במדיום (תווך) שנקרא אֶתֶר (Ether) והוא מדיום כלל-עולמי שנמצא במנוחה כלפי כל הגופים בתבל כולל כדור הארץ. הואיל והאתר נמצא בתנועה יחסית לכדור הארץ המסתובב סביב צירו, מהירות האור צריכה לכלול את המהירות היחסית של המדיום שבו האור נע. לכן צריך להתקבל הבדל בין מהירות האור בכיוון מזרח-מערב, שהוא בכיוון התנועה היחסית של האתר, לעומת מהירות האור בכיוון דרום-צפון – המאונך למהירות היחסית של האתר.

מייקלסון ומורלי הצליחו למדוד את שינוי מהירות האור בכיוונים שונים ברמת דיוק גבוהה ביותר. אולם הם לא מצאו שום הבדל גם כשהם חזרו על הניסוי בגבהים שונים. הבעייתיות הזו בניסוי לא מנעה מהם לקבל פרס נובל. אחד ההסברים היה שאולי האתר נסחף עם כדור הארץ. בהמשך, רעיון האתר נזנח ובמקומו הניחו שהאור נע בוואקום. הואיל ואי-אפשר לייחס לוואקום תנועה, הניחו שכל העולם טובל בוואקום הזה, שהוא מין מדיום סטטי. הדילמה של ניסוי מייקלסון-מורלי נשארה בעינה: איך מהירות האור אינה מושפעת מהמהירות היחסית של פני כדור הארץ כלפי המדיום שבו נע האור?

כדי להכשיר את התוצאה המוזרה של ניסוי מייקלסון-מורלי, פיתח אלברט איינשטיין את תורת היחסות הפרטית בהנחה שמהירות האור בוואקום היא קבועה C (כ-300,000 ק"מ בשנייה) לגבי כל המערכות בלי קשר למהירות ההדדית ביניהן. איינשטיין יצר נוסחה לחיבור מהירויות שלא מאפשרת לשום גוף או מערכת לנוע מעבר למהירות C. בנוסף, תורת היחסות הפרטית גורסת שחוקי הפיזיקה קבועים בכל המערכות הנעות ואין תנועה מוחלטת אלא יחסית. המשמעות היא שאם אנו במערכת אינרטית, אפשר להניח שאנו נחים וכל שאר המערכות נעות כלפינו.

אולם יש הסבר פשוט מאוד לתוצאות ניסוי מייקלסון-מורלי. האור על פני כדור הארץ לא נע בוואקום אלא באטמוספרה (באוויר). והואיל והאטמוספרה צמודה אל כדור הארץ (בהזנחת רוחות שמהירותן כלפי מהירות האור זניחה), המדיום שבו נע האור ופני כדור הארץ הם מקשה אחת, מהירות המדיום שבו נע האור על פני כדור הארץ היא אפס בכל כיוון, לכן מהירות האור התקבלה זהה בכל הכיוונים. והאם ישנה עדיין תמיכה ברעיון שהאור נע באוויר? יש ויש! יש תופעות כגון מיראז' (פאטה מורגנה) שמוסברות על ידי שבירת האור עקב אי-רציפויות באטמוספרה. אין מחלוקת על כך שהאור נשבר במעבר לזכוכית או למים, אך אור לא יכול להישבר במעבר בין שכבות שונות באוויר בלי שהוא נע בפועל באוויר.

לפי תורת היחסות הפרטית של איינשטיין, במערכות נעות יש שינוי בין המערכות במידות האורך בכיוון התנועה וגם הזמן של המערכות השונות הוא שונה.

בספרות של מדע פופולארי (למשל "היקום על פי הפיסיקה המודרנית" של פרופ' יורם קירש) מנסים להסביר את תורת היחסות הפרטית על ידי המחשות שונות. למשל, אם קרון נוסע במהירות קרובה למהירות האור, איך הנוסע בקרון והצופה ברציף יראו תופעות שונות? במאמר הבא אראה שבהמחשות הללו יש שגיאות שמובילות לכל מיני פרדוקסים.

Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
Email

7 תגובות

  1. וואוו. כעת יש לכם מאמרים בעוד תחום שמעניין אותי. כל הכבוד

  2. מעניין
    האם יש לכך השלכות בחיי היום יום לאדם הפשוט, או לגבי תופעות טבע אחרות בעלות משמעות?

  3. פעם ראשונה קורא על נושא כזה
    מקווה שבמאמר הבא כבר אבין טוב יותר במה מדובר

  4. לצאת קצת מהמציאות שלנו בכדור הארץ, ולרחף בסוגיות חלליות, מאוורר

  5. תודה גיורא על מאמר מעניין בתחום שהוא רחוק מיכולתי להבין אותו כפי שאני מבין מתמטיקה או לוגיקה. זה השבר שלי. למרות שבתיכון הישגתי ציונים גבוהים מאד במתמטיקה ובפיסיקה, כשהתחלתי ללמוד באוניברסיטה, כבר בשנה הראשונה גיליתי שקיים אצלי פער בין האינטואיציה המתמטית שלי לבין האינטואיציה שלי בפיסיקה. לכן, אני שמח לקרוא מאמרים כמו מאמר זה, מכיון שאתה מאפשר לקוראיך לאגוף את הפרעות הלמידה שלהם באחד הנושאים המרהיבים שפיתח האדם, בפיסיקה. תודה ויישר כוחך.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

פרסום תגובה מהווה הסכמה לתנאי השימוש באתר.
התגובות יפורסמו לפי שיקול דעת העורך.

עשוי לעניין אותך

תמונה של עוזי

אובדן רגש הבושה

המנהיגים כיום מתנהלים בעולם פוליטי חסר בושה

דילוג לתוכן