ما هي فرضية الاثير؟؟؟؟

فرضية الأثير

حتى عام 1850 كان يتم التعامل مع الضوء باعتباره اهتزازات ميكانيكية وكان هذا يطرح صعوبات في التعامل مع سرعتة العالية . إذ تتطلب السرعة العالية جدا للضوء ( 300ألف كم/ث) وسطا معامل مرونته عال جدا بحيث يوفر قوة مرجعة كبيرة تضمن انتقال الاضطراب خلاله بسرعة كبيرة ودون فقد للطاقة، ومثال على ذلك: قضيب معدني ينقل الصوت بسرعة أكبر كثيرا من الهواء. ولكن على الرغم من ذلك يجب أن يكون هذا الوسط من الميوعة بحيث تبحر عبره الكواكب ملايين السنين دون أن يحدث نقص ظاهر في سرعتها أو طاقتها.
في عام 1861 طرح جيمس كلارك ماكسويل نظريته في الكهرمغناطيسية والتي أصبح ممكنا بموجبها التنبؤ بالقيمة الرقمية لسرعة الضوء في أي وسط اعتمادا على خواصه الكهربائية والمغناطيسية حيث تعطى المعادلة التالية سرعة الموجة الكهرمغناطيسية (والتي تتضمن الضوء المرئي) في وسط ما بدلالة كل من وهي السماحية الكهربائية للوسط و وهي النفاذية المغناطيسية للوسط:

.................................وللفراغ ...................... ما هي فرضية الاثير؟؟؟؟ Eq6

ويوما بعد يوم كان يتم قبول النظرية الكهرمغناطيسية تماما بينما بدا الأثير في هذا الخضم مخلوقا شاذا. وبدأت التجارب الهادفة إلى جلاء حقيقة الأثير تنصب على قياس سرعة الضوء، وشهد هذا المجال العديد من المحاولات لقياس أثر حركة المصدر عبر الأثير في سرعة الضوء المنطلق منه ونتناول فيما يلي بعض هذه التجارب:

خسوف أقمار المشتري:

نحن نعرف من الأرصاد الفلكية المواعيد الدقيقة لبدء دخول أقمار المشتري في ظله، أي خسوف هذه الأقمار.
يتم رصد الزمن الذي يبدأ فيه الخسوف من موضعين للأرض الأول عندما تكون قريبة من المشتري والآخر عندما تكون بعيدة عنه بمسافة تساوي قطر مدارها حول الشمس كما يبين الشكل التالي.

يلاحظ تأخر في موعد بدء الخسوف عندما تكون الأرض بعيدة وذلك لأن الضوء يستغرق زمنا أطول في قطع هذه المسافة ليخبرنا بأن الخسوف قد بدأ، وهذا الفرق في الزمن مقسوما عليه المسافة بين موقعي الأرض تمكننا من حساب سرعة الضوء.
عندما نتحدث عن ثماني دقائق ضوئية (بمعلوماتنا اليوم) بين الأرض والشمس فإن ضعف هذا الزمن سيكون بالتأكيد فارقا كافيا لملاحظته كزمن تأخير للضوء في قطع المسافة الإضافية.

كان الفلكي الدانماكي رومر هو أول من أجرى قياسات وحسابات فلكية لخسوف قمر المشتري آيو في عام 1675 حيث لاحظ تغيرات منتظمة في الزمن بين الخسوفات المتتالية وربط ذلك بموقع الأرض في مدارها حول الشمس.

اقترح ماكسويل في عام 1879 استخدام خسوف أقمار المشتري لقياس سرعة الأرض عبر الأثير، فحيث أن المشتري يدور حول الشمس مرة كل 12 عاما فسيكون بعد ست سنوات في المكان المقابل من مداره.
يمكننا بذلك قياس زمن تأخر الضوء الوارد من خسوف أقماره في حالة سير الضوء مع اتجاه سرعة المجموعة الشمسية عبر الأثير ثم في عكس هذا الاتجاه. وذلك بالطريقة التالية:

...........................................زمن وصول الضوء بالحركة مع اتجاه حركة المجموعة الشمسية

...........................................زمن وصول الضوء بالحركة في عكس اتجاه حركة المجموعة الشمسية

...........................................والفارق الزمني هو

وبالتعويض نحصل على :

اعتبر ماكسويل أن هذه النتيجة تسهل ملاحظة الفرق الزمني لأنها تعتمد على حركة الضوء في مسار واحد وليس في اتجاهين ذهابا وإيابا كما كانت تعتمد كل التجارب السلبقة لقياس سرعة الضوء.
وإذا كانت سرعة الأرض في الفضاء عبر الأثير هي v فهذا يعني أن زمن التأخير سيكون:

علق ماكسويل على هذه النتيجة في رسالة له إلى د . تود من US. Nautical Almanac Office في واشنطن، بأن من غير الممكن إيجاد الفرق الزمني بالقياس المباشر لأن الكمية هي من رتبة المقدار 10-4 وعليه فإن المقدار هو من الرتبة 10-8 وهذه القيمة خارج إطار أي قياس عملي.
قرأ الرسالة أ . ميكلسون الذي يعمل مفتشا بحريا في Nautical Almanac Office . ولم يسلم بأن من المستحيل قياس هذه القيمة بشكل عملي, وبدأ التفكير في طريقة لتحقيق ذلك.
ولما كانت خواص الأثير على هذا القدر من التناقض والغرابة فقد كان المعتقد أن إيجاد الفرق في سرعة الضوء عند تحركه باتجاه حركة الأثير وبعكسه سوف يجلو المحيرات القائمة حول طبيعة وخواص هذا الأثير. وقد كانت نظرية الأثير تعتبره سكونيا لا يتحرك في الكون بينما تسبح الأجرام فيه برقة وهدوء.
ولكن كيف لجرم أن يمخر عباب الأثير دون أن يثير وراءه عواصف واضطراب في هذا المحيط الرقيق. فكان أن افترضوا أن الأثير لفرط دقته وصغره يخترق الأجسام كما يخترق الماء الغربال. وإن صح هذا فلا بد أن ركاب الغربال الكبير المسمى "الأرض" وهو يبحر في الأثير يشعرون برياح أثيرية تلفح وجوههم تماما كما يشعر ركاب السفينة المنطلقة في عرض البحر بتيار الهواء الذي يشقونه متحركين معها عبره. هذه هي الأجواء الفكرية التي بدأ ميكلسون العمل فيها فتعال نرى ماذا فعل .