Argiaren elektromagnetikari buruzko teoria

Mendeetan zehar zientzialariek eta pentsalariek eztabaida ugari izan dituzte argiaren funtsari buruz. James Clerk Maxwell britainiarrak (1831-1879) hainbat lan egin zituen eremu elektrikoen eta magnetikoen ekuazioen sistematizazioa oinarri hartuta. Horietaz baliaturik ikusi zuten argia uhin elektromagnetiko bat dela eta espazioan zehar abiadura jakin batekin hedatzen dela. Horretaz gain, uste izan zuten argia bezalako beste erradiazio elektromagnetikoko formak izango zirela, baina garai horretan ezin izan zituzten ezagutu. Gaur egun badakigu argiak espektro elektromagnetiko globalaren erregio txiki bat okupatzen duela eta bertan gamma eta X izpiak, erradiazio ultramorea eta infragorria, mikrouhinak eta irratiko uhinak aurkitzen direla.

Iraganean, argiaren portaera aztertu nahi zutenean hainbat esperimentu zientifikotan oinarritzen ziren. Aurrerapenak ematen ziren heinean, esperimentu horiek bikoizten ziren, eta horrela, 1887an Albert Michelson (1852-1931) eta Edward Morley estatubatuarrek (1838-1923) funtsezkoa izango zen esperimentu bat egin zuten.

Uhin elektromagnetikoen sorgailuak

1888. urtea funtsezkoa izan zen argiaren teoria elektromagnetikoarentzat. Heinrich Hertz alemaniarrak (1857-1894) egin zuen uhin elektromagnetikoen lehen sorgailua.

Hertz-en tresna zirkuitu elektriko bat zen (dipolo elektriko oszilakor bat). Aipatutako zirkuituak goi tentsioko korronte alternoa sortzen zuen bi esfera metalikoren artean. Errezeptore gisa irekitako espira metaliko baten bidez, Hertz-ek ikusi zuen zirkuituak sortutako uhin elektromagnetikoek espiran korronte bat sortzen zutela eta azken horrek txinparta bat egiten zuela irekita zituen muturren artean.

Hurrengo urteetan, Hertzek Maxwellen lanak oinarri hartu zituen eremu elektromagnetikoaren propietateak aztertzeko eta ohartu zen aipatutako eremua azalera metalikoetan islatzen zela. Ildo horretan, optikari buruzko ezaguerak aplikatu zituen uhin elektromagnetiko intzidentearen eta islatutako uhinaren arteko interferentziak sortu ahal izateko. Horrela, polarizazio tresnak diseinatu zituen, kobrezko alanbre-saretxoen bitartez. Alanbre-saretxo horiek argi utzi zuten, uhin elektromagnetikoak existitzen zirela, eta horiek Maxwellek aurreikusi eta Hertzek egiaztatu bezala zeharkako uhinak ziren.

(a) Hertzen igorlearen diseinua. (b) Detektatzailearen edo errezeptorearen eskema, espira metaliko ireki gisa egina.

Abiaduren konposaketari buruzko lege klasikoa

XIX. mendean uste zuten eter izeneko ingurune garden eta zurrun batek unibertsoa inguratzen zuela. Bertan zeruko mugimendu guztiak ematen ziren eta argia hortik hedatzen zen. Eter erreferentziazko sistema bat zen, eta bertan Lurra (eta gainontzeko gorputz kosmikoak) mugitzen zen, "eterreko haizea" izeneko arrastoa utzita, ibilgailu batek mugitzerakoan uzten duenaren antzekoa.

Ideia horren arabera, posible zen argiaren abiadura neurtzea Lurrarekiko eta eter erreferentziazko sistemarekiko, eta ondoren bi horien diferentzia kalkulatzea.

Diferentzia hori kalkulatzeko abiaduren konposaketaren legea erabiltzen zen. Galileok sortu zuen mugimenduan dauden sistema inertzialekin erabiltzeko. mugimendu erlatibo uniformez mugitzen diren erreferentziazko bi sistemen arteko abiadura da, S eta S', lehenengo sisteman neurtu den objektu baten abiadura da eta ' bigarren sisteman zehaztuko litzatekeen abiadura. Beraz, horren guztiaren arabera:

Abiaduren konposizioa, gorputzaren abiadurak eta sistema inertzialen abiadura erlatiboak norabide berdina dutenean.

Abiaduren konposizioa, gorputzaren abiadura perpendikularra denean sistema inertzialen arteko abiadura erlatiboarekiko.

Michelson-Morleyen esperimentua

Michelson eta Morley fisiko estatubatuarrek esperimentu bat egin zuten eterra existitzen zela baieztatzeko edo ezeztatzeko, eta horretarako abiaduren konposizioaren lege klasikoan oinarritu ziren. Erreferentziazko sistematzat eter sistema hipotetikoa eta Lurrarena erabili zituzten, beraz, bi horien arteko abiadura erlatiboa = 30 km/s km/s zen. Horren arabera, argiaren abiadura zen, eterrekiko eta ¿ Lurrarekiko. Hau da:

Michelson-Morleyren esperientziak argi-sorta bi bide perpendikularretan banatu nahi zuen, eta horietatik bat Lurrak Eguzkiaren inguruan egiten duen mugimenduarekiko paralelo jarri nahi zuen. Sortutako bi azpi-sortak batzean bien arteko interferentziak sortu beharko ziren, maiztasun bereko uhinak izateagatik.

Optika geometrikoaren eta dinamika klasikoaren legeak aplikatu ondoren, bi ikertzaileak konturatu ziren, interferentziak sortzeko, beharrezkoa zen bataz besteko luzera honakoa izan behar zela (L1 eta L2 bi sortek egindako ibilbidea dira):

Hala ere, nahiz eta luzera hori erabili ez zuten interferentziarik aurkitu. Horrek eterren hipotesia ezeztatu zuen, eta laster baztertua izan zen.

Michelsonek eta Morleyk 1887an erabilitako aparatuaren eskema, eterra existitzen den egiaztatzeko. Fokutik (F), argia bitan zatitzen da zilar-koloreko ispiluan (E) eta bide desberdinetatik doa R-en berriro bat egiteko. Bertan argi-interferentziak sortzen dira.