Percobaan Michelson-Morley

Data dari percobaan the Michelson-Morley

Percobaan Michelson-Morley, salah satu percobaan paling penting dan masyhur dalam sejarah fisika, dilakukan pada tahun 1887 oleh Albert Michelson dan Edward Morley di tempat yang sekarang menjadi kampus Case Western Reserve University di Cleveland, Ohio, Amerika Serikat. Percobaan ini dianggap sebagai petunjuk pertama terkuat untuk menyangkal keberadaan ether sebagai medium gelombang cahaya. Percobaan ini juga telah disebut sebagai "titik tolak untuk aspek teoretis revolusi ilmiah kedua". Albert Michelson dianugerahi Hadiah Nobel Fisika tahun 1907 terutama untuk melaksanakan percobaan ini.

Dalam percobaan ini Michelson dan Morley berusaha mengukur kecepatan planet Bumi terhadap ether, yang pada waktu itu dianggap sebagai medium perambatan gelombang cahaya. Analisis terhadap hasil percobaan menunjukkan kegagalan pengamatan pergerakan bumi terhadap ether.

Eksperimen sejenis Michelson–Morley ini telah diulangi berkali-kali dengan kepekaan yang bertambah tinggi. Termasuk di dalamnya adalah sejumlah percobaan dari tahun 1902 sampai 1905, dan suatu seri eksperimen pada tahun 1920-an. Percobaan resonator paling baru menguatkan kenyataan tidak adanya angin aether pada tingkat 10⁻¹⁷. Bersama dengan percobaan Ives–Stilwell dan Kennedy-Thorndike, percobaan Michelson–Morley merupakan suatu uji teori relativitas spesial yang fundamental.

Hasil percobaan

Dalam tabel di bawah ini, nilai-nilai yang diharapkan dikaitkan dengan kecepatan relatif antara Bumi dan Matahari sebesar 30 km/detik (=km/s). Dengan perbandingan kecepatan tata surya terhadap pusat galaksi Bima Sakti sebesar 220 km/detik, atau kecepatan tata surya relatif terhadap CMB rest frame sekitar 368 km/detik, hasil "nol" (null results) percobaan-percobaan ini lebih nyata jelas.

Nama	Lokasi	Tahun	Panjang lengan (meter)	Fringe shift yang diharapkan	Fringe shift terukur	Rasio	Batas atas Vaether	Resolusi percobaan	Hasil nol
Michelson	Potsdam	1881	1.2	0.04	≤ 0.02	2	∼ 20 km/s	0.02	$\approx$ ya
Michelson and Morley	Cleveland	1887	11.0	0.4	< 0.02 or ≤ 0.01	40	∼ 4–8 km/s	0.01	$\approx$ ya
Morley and Miller	Cleveland	1902–1904	32.2	1.13	≤ 0.015	80	∼ 3.5 km/s	0.015	ya
Miller	Mt. Wilson	1921	32.0	1.12	≤ 0.08	15	∼ 8–10 km/s	tidak jelas	tidak jelas
Miller	Cleveland	1923–1924	32.0	1.12	≤ 0.03	40	∼ 5 km/s	0.03	ya
Miller (sunlight)	Cleveland	1924	32.0	1.12	≤ 0.014	80	∼ 3 km/s	0.014	ya
Tomaschek (star light)	Heidelberg	1924	8.6	0.3	≤ 0.02	15	∼ 7 km/s	0.02	ya
Miller	Mt. Wilson	1925–1926	32.0	1.12	≤ 0.088	13	∼ 8–10 km/s	tidak jelas	tidak jelas
Kennedy	Pasadena/Mt. Wilson	1926	2.0	0.07	≤ 0.002	35	∼ 5 km/s	0.002	ya
Illingworth	Pasadena	1927	2.0	0.07	≤ 0.0004	175	∼ 2 km/s	0.0004	ya
Piccard & Stahel	dengan sebuah balon	1926	2.8	0.13	≤ 0.006	20	∼ 7 km/s	0.006	ya
Piccard & Stahel	Brussels	1927	2.8	0.13	≤ 0.0002	185	∼ 2.5 km/s	0.0007	ya
Piccard & Stahel	Rigi	1927	2.8	0.13	≤ 0.0003	185	∼ 2.5 km/s	0.0007	ya
Michelson et al.	Mt. Wilson	1929	25.9	0.9	≤ 0.01	90	∼ 3 km/s	0.01	ya
Joos	Jena	1930	21.0	0.75	≤ 0.002	375	∼ 1.5 km/s	0.002	ya

Percobaan-percobaan selanjutnya

Uji optik

Pengujian optik isotropi kecepatan cahaya menjadi lebih umum. Teknologi baru, termasuk penggunaan laser dan maser, telah meningkatkan ketepatan pengukuran secara signifikan.

Penulis	Tahun	Pemerian	Upper bound
Louis Essen	1955	Frekuensi suatu cavity resonator microwave berputar dibandingkan dengan suatu jam kuarsa	~3 km/s
Cedarholm et al.	1958	Dua maser ammonia dipasang pada suatu meja berputar, dan sinarnya diarahkan pada arah berkebalikan.	~30 m/s
Mössbauer rotor experiments	1960–63	Dalam suatu seri percobaan oleh peneliti berbeda, frekuensi sinar gamma diamati menggunakan efek Mössbauer.	~3–4 m/s
Jaseja et al.	1964	Frekuensi dua maser He–Ne, dipasang pada suatu meja berputar, dibandingkan.	~30 m/s
Shamir and Fox	1969	Kedua lengan interferometer diletakkan di dalam suatu benda padat transparan (plexiglass). Sumber cahaya adalah suatu laser He-Ne.	~7 km/s
Trimmer et al.	1973	Pengukuran anisotropi kecepatan cahaya yang berkelakuan sebagai polinomial Legendre pertama dan ketiga. Menggunakan interferometer segitiga, dengan satu bagian jalur dalam kaca.	~2.5 cm/s

Gambar 9. Percobaan Michelson–Morley dengan resonator optik kriogenik dalam bentuk sebagaimana digunakan oleh Müller et al. (2003).

Percobaan dengan resonator optik

Batas (limit) anisotropi kecepatan cahaya yang dihasilkan dari gerakan Bumi ditetapkan Δc/c ≈ 10⁻¹⁵, di mana Δc adalah perbedaan antara kecepatan cahaya pada arah x dan y.

Penulis	Tahun	Pemerian	Δc/c
Wolf et al.	2003	Frekuensi suatu stationary cryogenic microwave oscillator, terbuat dari sapphire crystal beroperasi dalam suatu whispering gallery mode, dibandingkan dengan suatu maser hidrogen yang frekuensinya dibandingkan dengan jam pancuran atom caesium dan rubidium. Perubahan dari rotasi bumi dilacak. Memuat analisis data dari tahun 2001–2002.	$\lesssim 10^{-15}$
Müller et al.	2003	Dua resonator optik dibuat dari crystalline sapphire, mengontrol frekuensi dua Nd:YAG laser, diletakkan pada sudut siku di dalam suatu helium cryostat. Suatu alat pembanding frekuensi mengukur frekuensi detak output gabungan kedua resonator itu.
Wolf et al.	2004	Lihat Wolf et al. (2003). Menerapkan kontrol temperatur aktif. Memuat analisis data tahun 2002–2003.
Wolf et al.	2004	Lihat Wolf et al. (2003). Memuat analisis data tahun 2002–2004.
Antonini et al.	2005	Mirip dengan Müller et al. (2003) Memuat analisis data tahun 2002–2004.	$\lesssim 10^{-16}$
Stanwix et al.	2005	Mirip dengan Wolf et al. (2003).Memuat analisis data tahun 2004–2005.
Herrmann et al.	2005	Mirip dengan Müller et al. (2003). Memuat analisis data tahun 2004–2005.
Stanwix et al.	2006	Lihat Stanwix et al. (2005). Memuat analisis data tahun 2004–2006.
Müller et al.	2007	Lihat Herrmann et al. (2005) dan Stanwix et al. (2006). Data kedua grup ini yang dikumpulkan dari tahun 2004–2006 digabungkan dan dianalisis lebih lanjut.
Eisele et al.	2009	Frekuensi sepasang orthogonal oriented optical standing wave cavities dibandingkan. Semua cavities ini diinterogasi oleh suatu Nd:YAG laser. Memuat analisis data tahun 2007–2008.	$\lesssim 10^{-17}$
Herrmann et al.	2009	Mirip dengan Herrmann et al. (2005). Frekuensi sepasang rotating, orthogonal optical Fabry–Pérot resonators dibandingkan. Frekuensi dua Nd:YAG laser distabilkan terhadap resonansi resonator-resonator ini.

Pengujian lain terhadap invariansi Lorentz

Gambar 10. ⁷Li-NMR spektrum LiCl (1M) dalam D₂O. Garis NMR tajam tak terpisah dari isotop lithium ini merupakan bukti isotropi massa dan ruang.

Contoh-contoh percobaan yang tidak didasarkan pada prinsip Michelson–Morley, yaitu pengujian isotropi non-optik yang menghasilkan tingkat ketepatan yang bahkan lebih tinggi, adalah Perbandingan jam atau percobaan Hughes–Drever.

Lihat pula

• Interferometer Michelson
• Interferometri
• Teori relativitas khusus

Referensi

Lihat pula

• Geosentrisme

Pranala luar

• Mathematical analysis of the Michelson Morley Experiment di Wikibuku
• Roberts, T; Schleif, S; Dlugosz, JM (ed.) (2007). "What is the experimental basis of Special Relativity?". Usenet Physics FAQ. University of California, Riverside.
• (Inggris) Interferometer yang digunakan dalam percobaan hanyutan ether dari 1881-1931 Diarsipkan 2007-03-11 di Wayback Machine.
• (Inggris) Modern Michelson-Morley Experiment improves the best previous result by two orders of magnitude, dari 2003