Статья Альберта Майкельсона, в которой он рассказал о своем первом опыте называлась "Относительное движение Земли и светоносного эфира" (The Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether (1881), On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether (1887)).
Она была опубликована в 1881 г. В то время физики предполагали, что электромагнитные волны распространяются благодаря эфиру, заполняющему пространство Вселенной. Более продуманный опыт был проведен Майкельсоном-Морли в 1887 г.
Опыт показал, что ожидаемого влияния эфирного ветра, возникающего вследствие движения Земли вокруг Солнца, не удается обнаружить. Это породило недоумение среди физиков и привело постепенно к отказу от концепции эфира.
Нобелиат Ричард Фейнман в своих "Лекциях" (т. 2, гл. 15, пар. 3) не верно пишет, будто бы "через 18 лет отрицательные результаты их опыта объяснил Эйнштейн". На самом деле на протяжении десятилетий Эйнштейн противоположным образом высказывался о влиянии на него этого опыта, и, во всяком случае, в своих работах этого опыта не разбирал. Очевидно, Фейнман имел в виду, что результаты опыта объяснил не сам Эйнштейн, а эйнштейновская "Специальная теория относительности".
В "Лекциях" Фейнмана приводится релятивистское объяснение результатов рассматриваемого опыта.
"Для опыта Майкельсона — Морли использовался прибор, схема которого показана на фиг. 15.2. Главные части прибора: источник света А, посеребренная полупрозрачная стеклянная пластинка В, два зеркала С и Е. Все это жестко укрепляется на тяжелой плите. Зеркала С и Е размещены были на одинаковом расстоянии L от пластинки В. Пластинка В расщепляет падающий пучок света на два, перпендикулярных один к другому; они направляются на зеркала и отражаются обратно на пластинку В. Пройдя снова сквозь пластинку В, оба пучка накладываются друг на друга (D и F). Если время прохождения света от В до Е и обратно равно времени прохождения от В до С и обратно, то возникающие пучки D и F окажутся в фазе и усилятся взаимно; если же эти времена хоть немного отличаются, то в пучках возникает сдвиг по фазе и, как следствие,— интерференция. Если прибор в эфире «покоится», то времена в точности равны, а если он движется направо со скоростью и, то появится разница во времени. Давайте посмотрим, почему.
Сначала подсчитаем время прохождения света от В к Е и обратно. Пусть время «туда» равно t1,а время «обратно» равно t2. Но пока свет движется от В до зеркала, сам прибор уйдет на расстояние ut1, так что свету придется пройти путь L+ut1 со скоростью с. Этот путь можно поэтому обозначить и как ct1; следовательно,
(этот результат становится очевидным, если учесть, что скорость света по отношению к прибору есть с — и; тогда как раз время равно длине L, деленной на с — и). Точно так же можно рассчитать и t2. За это время пластинка В приблизится на расстояние ut2, так что свету на обратном пути придется пройти только L-ut2. Тогда
Общее же время равно
удобнее это записать в виде
А теперь подсчитаем, сколько времени t3 свет будет идти от пластинки В до зеркала С. Как и прежде, за время t3 зеркало С сдвинется направо на расстояние ut3 (до положения С'), а свет пройдет по гипотенузе ВС' расстояние ct3. Из прямоугольного треугольника следует
или
ткуда
При обратной прогулке от точки С' свету приходится пройти то же расстояние; это видно из симметрии рисунка. Значит, и время возвращения то же (t3), а общее время равно 2t3. Мы запишем его в виде
Теперь мы можем сравнить оба времени. Числители в (15.4) и (15.5) одинаковы — это время распространения света в покоящемся приборе. В знаменателях член
мал, если только и много меньше c. Знаменатели эти показывают, насколько изменяется время из-за движения прибора. Заметьте, что эти изменения неодинаковы — время прохождения света до С и обратно чуть меньше времени прохождения до Е и обратно. Они не совпадают, даже если расстояния от зеркал до В одинаковы. Остается только точно измерить эту разницу.
...
Во время опыта Майкельсон и Морли расположили прибор так, что отрезок BE оказался параллельным движению Земли по орбите (в определенный час дня и ночи). Орбитальная скорость равна примерно 30 км/сек, и «снос эфира» в определенные часы дня или ночи и в определенное время года должен достигать этой величины. Прибор был достаточно чувствителен, чтобы заметить такое явление. Но никакого различия во временах обнаружено не было — скорость движения Земли сквозь эфир оказалось невозможно обнаружить. Результат опыта был нулевой.
В изложенной у Фейнмана релятивистской интерпретации опыта Майкельсона-Морли имеется одна откровенная подмена, приводящая к ложным выводам. В чем же она состоит? Задумаемся, для какой системы координат написаны вышеприведенные уравнения? Т.к. в них присутствует скорость движения интерферометра (вместе с Землей) u, ясно, что уравнения относятся не к подвижной системе координат, связанной с Землей, а к неподвижной системе, связанной, например, с Солнцем, относительно которого Земля с расположенным на ней интерферометром движется со скоростью u - скоростью движения Земли по орбите Солнца. Итак, релятивистская интерпретация свидетельствует всего лишь о том, что эффект, который должен наблюдать неподвижный "солнечный" наблюдатель, не видит подвижный "земной" наблюдатель. Но это же глупая, детская ошибка логики, смешиваются результаты для двух различных систем отсчета.
Действительно, рассмотрим строго подвижную "земную" систему координат. Для наблюдателя, также находящегося на Земле, интерферометр неподвижен, свет проходит равные пути по прямому и поперечному плечам интерферометра и, естественно, никакого фазового сдвига нет!!! Замечательным образом работает принцип относительности Галилея, и никакие релятивистские преобразования для объяснения результата, видимого земному наблюдателю, не требуется!
Обдумывая постановку своего опыта, Абрам Самойлович Михельсон, он же Albert Abraham Michelson, сравнивал смещение луча под действием эфира со смещением лодки под действием течения.
В опыте Майкельсона свет - это лодка, вода - эфир, относительно, которого движется лодка - свет, а движение воды относительно берега - это движение Земли относительно эфира. Все изображенные треугольники скоростей отражают наблюдения неподвижного наблюдателя, стоящего на берегу. Положение наблюдателя в опыте Майкельсона, двигающегося вместе с Землей, эквивалентно полжению наблюдателя, движущегося вместе с водой. Добавим в картинку наблюдателя, спокойно лежащего на надувном матрасе, плывущем по течению - это и будет сам Абрам Самойлович вместе со своим коллегой Морли. Естественно, так как он движется вслед за лодкой, то влияние на наблюдаемую им картину движение воды не окажет и до его матраса обе лодки, - и поперечная, и продольная доберутся одновременно!!!
Но как же так? Получается, что одно и то же событие происходит по-разному для подвижного и неподвижного наблюдателя? Что же, Эйнштейн прав, время идет по-разному, понятие одновременности не работает?
Нет! Такое предположение вовсе не требуется. Посмотрим на эксперимент глазами неподвижного "солнечного" наблюдателя. Да, поперечный луч приходит на детектор раньше продольного, но в этот временной зазор подвижный "земной" наблюдатель не остается на месте он движется навстречу возвращающемуся продольному лучу. Подвижный "земной" наблюдатель не успевает увидеть фазового сдвига, потому что он сам сдвигается навстречу продольному лучу. Все происходит как в быстро движущемся поезде, когда для пассажира сливаются в один рядом стоящие придорожные столбы, тогда как неподвижные наблюдатель видит расстояние между ними. Или как в кино, когда ряд отдельных кадров сливается в непрерывное движение.