Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Moderator: physicalattraction

Gebruikersavatar
Berichten: 459

Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Ik worstel nog altijd met het Michelson-Morley experiment. Op internet vind ik ook nooit een heldere uitleg. Ik probeer zelf altijd te begrijpen hoe het experiment werkt. En daar ben ik al jaren mee bezig, geloof ik. Mijn inzicht tegenwoordig is dat het waarschijnlijk het handigst is om het experiment te berijpen in termen van het aantal golflengtes dat tussen de spiegeltjes past.

Het 'fringepattern' wordt immers veroorzaakt door een faseverschil tussen het teruggekaatste licht uit beide armen. En voor dit faseverschil is niet zozeer de lichtsnelheid belangrijk, maar wel het aantal golflengtes wat tussen de spiegels onderweg is.

Vreemd genoeg zie ik interferometrie zelf nog wel eens uitgelegd op deze manier (golflengtes tellen), maar dan vooral bij interferometers met een stelschroef, waarbij je de lengte van 1 arm kunt aanpassen. Ik denk echter dat je ook Michelson-Morley-interferometrie beter begrijpt als je niet focust op lichtsnelheid, maar meer op het aantal golflengtes.

Ik weet niet of ik de bijbehorende wiskunde goed doe. Ik maak vast fouten. Omdat ik toch een iets andere invalshoek kies dan gebruikelijk, vond ik het toch nuttig om dit verhaal nog maar eens te plaatsen. Misschien dat dit beeld ook andere mensen helpt om het experiment iets inzichtelijker te krijgen.

[media]
aantal golven in een bewegende interferometer aug 2020 klein.jpg
[/media]

Gebruikersavatar
Berichten: 5.863

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Ik zie enkel een plaatje, de uitleg ontbreekt.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 4.278

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Hier begon het me te duizelen:

fringes1.png

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 3.912

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

De golflengte is (bij vaste frequentie) recht evenredig met de voortplantingssnelheid.
Dus het maakt weinig uit of je met golflengtes werkt of met snelheid.

Het faseverschil is 2π maal het verschil in reistijd gedeeld door de periodetijd T=1/f.
Als je de helft van de weg met snelheid c+v aflegt en de andere helft met c-v, dan doe je er langer over dan als je beide helften met c aflegt. Daardoor zou een faseverschil ontstaan indien c niet constant was.

Gebruikersavatar
Berichten: 459

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Xilvo schreef:
zo 09 aug 2020, 13:11
.....
Als je de helft van de weg met snelheid c+v aflegt en de andere helft met c-v, dan doe je er langer over dan als je beide helften met c aflegt. Daardoor zou een faseverschil ontstaan indien c niet constant was.
Dat is niet het punt bij Michelson Morley.

De interferometer vergelijkt de 'horizontale' heen+weer weg met de 'verticale' heen+weer weg, daar zit een verschilletje tussen

Door vervolgens de hele opstelling te draaien, verandert dit verschilletje gedurende de rotatie.

(althans dat hoopte men te meten)

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 3.912

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

tuander schreef:
zo 09 aug 2020, 14:06
Dat is niet het punt bij Michelson Morley.
Dat is precies het punt.
tuander schreef:
zo 09 aug 2020, 14:06
De interferometer vergelijkt de 'horizontale' heen+weer weg met de 'verticale' heen+weer weg, daar zit een verschilletje tussen

Door vervolgens de hele opstelling vervolgens te draaien, verandert dit verschilletje gedurende de rotatie
Kan, hoeft niet. Je kunt ook twee horizontale trajecten vergelijken.

Waardoor zou volgens jou het "verschilletje" veranderen?

Gebruikersavatar
Berichten: 459

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Nee, ik geloof echt niet dat dat het punt is hoor. Volgens mij vergelijk je niet de situatie van etherwind in 1 arm met géén etherwind in de andere arm. Als er etherwind waait, dan waait die door de gehele opstelling heen. Dus door beide armen. En zijwaartse etherwind zou ook een effect hebben op de snelheid van de golf.

Het verschilletje wat je zou kunnen meten zit in de lengte van de armen. Je stelt eerst de twee armen precies op goede lengte zodat je destructieve interferentie krijgt (het middelste punt is geheel zwart). Verandert er iets gedurende de rotatie van de opstelling, dan zou je in principe licht moeten zien verschijnen in het middelste puntje, daar verdwijnt dan namelijk de perfecte tegenfase, en omdat de 'lichtgolven' elkaar niet meer precies uitdoven zou je een meer of minder licht moeten zien. (je kunt de golven tellen in mijn voorbeeldje rechts in het midden, daar zijn 18,8 golven in de ene arm, en 18,4 golven in de andere arm, deze armen zijn in het voorbeeld even lang, dus als je de opstelling draait, verwissel je bij beide armen bij 90 graden rotatie. In het tussentraject zie je dus een geleidelijk verschil ontstaan, dat maximaal wordt bij de 90 graden rotatie, daarna neemt het verschil weer af, als je de opstelling verder draait. Bij 180 graden rotatie is de situatie precies hetzelfde als de beginsituatie. In theorie althans)

Ik geloof niet dat het originele Michelson Morley experiment nauwkeurig genoeg was om een volledige phase-shift te kunnen meten. Maar een gedeeltelijke phaseashift hadden ze toch eigenlijk wel echt moeten meten. De effectieve lengte van de armen was geloof ik ongeveer 11 meter. ze gebruikten 'wit' licht en geen laserlicht. In 1 arm gaat het licht heen en weer, dus totaal is dat 22 meter per arm. De golflengte van wit licht zou iets rondom 500 nanometer kunnen zijn. Deze gegevens om een ruwe schatting te kunnen maken. De baansnelheid van de aarde om de zon (etherwind) is geloof ik iets van 30.000 m/s, dus v:c = 1:10.000

Gebruikersavatar
Berichten: 5.863

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Volgens welke theorie wil je het experiment eigenlijk uitgelegd hebben?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 3.912

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Lees eerst eens wat overal te vinden is over dit experiment. Informatie is makkelijk te vinden, o.a, in Wikipedia.
Dat voorkomt dat je onzin schrijft.

Ja, een zijwaartse etherwind heeft theoretisch ook een effect maar is bij de door jou genoemde baansnelheid volkomen te verwaarlozen, zoals een simpele berekening aantoont.

Nee, de golflengte van wit licht is niet 500 nm, dan zou het geen wit licht zijn.

Nee, er werd natuurlijk geen wit licht gebruikt, dat zou het experiment vrijwel onmogelijk maken. Er werd natriumlicht gebruikt.

Tenslotte, "ik geloof" is geen argument. Zoek op, of bereken. Onderbouw wat je beweert.

Edit:
Bij het uitlijnen werd natriumlicht gebruikt, bij het experiment zelf wit licht.
Dan moeten de lichtwegen tot op een golflengte gelijk zijn. Petje af voor de experimentele vaardigheden, dat is bijzonder lastig bij een dergelijk grote opstelling.

Gebruikersavatar
Berichten: 459

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Professor Puntje schreef:
zo 09 aug 2020, 15:51
Volgens welke theorie wil je het experiment eigenlijk uitgelegd hebben?
Nou, het gaat mij vooral er om om een goed beeld te krijgen van het Michelson Morley experiment. En golflengtes tellen in een doppler-tekening vind ik zelf een heel beeldende uitleg. Ik beschouw mezelf als beelddenker, en ik kan meer met een goed beeld dan met allemaal abstracte formules. Formules ondersteunen voor mij slechts het beeld, zijn zelfs een afgeleide van het beeld.

Wat ik graag wilde, was te begrijpen waarom het experiment geen resultaat opleverde. Hiervoor zijn ruwe cijfers of afbeeldingen goed genoeg. Het hoeft allemaal niet super-exact, als ik de principiële opzet van het experiment maar begrijp. En ongeveer begrijp waarom het experiment ook bij moderne herhaling nooit iets heeft opgeleverd. De exacte cijfers wil ik maar overlaten aan de mensen die hiervoor gestudeerd hebben, de theoretisch natuurkundigen. Het is hun werk en ik ga hun dan ook maar vertrouwen geloof ik, zonder vertrouwen in de medemens ben ik nergens.

Het doel van het Michelson Morley experiment was om te meten dat etherwind bestond. Dat is het klassiek natuurkundige idee uit de 19e eeuw. Michelson-Morley is onzinnig als je het met special relativiteitstheorie wilt verklaren, dacht ik. Want het fundament van de SRT is toch dat de lichtsnelheid constant is. En bij een constante lichsnelheid zou je toch überhaupt nooit iets mogen meten met dit experiment?

Dus de enige zinnige manier om de opzet van het experiment te begrijpen is met een klassieke golftheorie. Nou ja, of misschien met quantumtheorie, maar ik zal niet pretenderen dat ik quantumeffecten van licht begrijp. Dus dat hier maar liever niet. De reden dat ik dit topic toch hier plaats, bij relativiteitstheorie, is omdat dit experiment onlosmakelijk verbonden is met SRT

Ik heb intussen al begrepen dat het voor de windmee-windtegen arm niet uitmaakt of je met het aantal passende golflengtes werkt of met lichtsnelheid. Er is blijkbaar alleen nog verwarring over de richtingen loodrecht op de etherwind. Een arm in 1 van die richtingen wordt nog niet door iedereen begrepen, geloof ik. Maar zelf snap ik niet goed waar de verwarring over gaat. Er is toch geen twijfel over, in enige klassieke golftheorie, dat ook met zijwind een golfsnelheid minder wordt?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 3.912

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

tuander schreef:
zo 09 aug 2020, 16:30
Wat ik graag wilde, was te begrijpen waarom het experiment geen resultaat opleverde.
...
En ongeveer begrijp waarom het experiment ook bij moderne herhaling nooit iets heeft opgeleverd.
Dat zeg je zelf: De lokale lichtsnelheid is voor iedere waarnemer gelijk.
tuander schreef:
zo 09 aug 2020, 16:30
Er is blijkbaar alleen nog verwarring over de richtingen loodrecht op de etherwind. Een arm in 1 van die richtingen wordt nog niet door iedereen begrepen, geloof ik.
Dat zal niet door iedereen begrepen worden. Maar door fysici wel.
Nogmaals, reken het even uit. En je ziet dat het te verwaarlozen is.

Gebruikersavatar
Berichten: 5.863

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Vanuit de SRT bezien is het resultaat van het MM-experiment niet onzinnig maar triviaal, dat is iets anders.

Gebruikersavatar
Berichten: 459

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Xilvo schreef:
zo 09 aug 2020, 15:52
....

Ja, een zijwaartse etherwind heeft theoretisch ook een effect maar is bij de door jou genoemde baansnelheid volkomen te verwaarlozen, zoals een simpele berekening aantoont.

....
Dat is niet waar. Het effect zijwaartse richting is ongeveer de helft van het effect in windmee-windtegen-richting. Dus dezelfde orde van grootte en zeker niet verwaarloosbaar! Kijk voor de verduidelijking ook nog eens naar mijn afbeelding in de openingspost. 18,8 golflengtes in de ene arm, 18,4 golflengtes in de andere arm.

Ga ze zelf maar eens tellen (onnauwkeurig, ik zat aanvankelijk op 18,5 vs 18,7) of ga ze zelf maar eens narekenen(ik kwam op 18,8 vs 18,4). Er staat genoeg informatie gegeven in het topic tot nu toe.

Gebruikersavatar
Berichten: 459

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Professor Puntje schreef:
zo 09 aug 2020, 16:39
Vanuit de SRT bezien is het resultaat van het MM-experiment niet onzinnig maar triviaal, dat is iets anders.
Kunt u daar een korte uitleg over geven?

Gebruikersavatar
Berichten: 5.863

Re: Michelson Morley op de klassieke manier uitgelegd?

Volgens het postulaat van de constante lichtsnelheid is de gemeten lichtsnelheid in vacuüm in alle inertiaalstelsels hetzelfde, dus zal een MM-experiment ook in alle inertiaalstelsels hetzelfde nul-resultaat moeten opleveren.

Reageer