Φωτεινός αιθέρας
Ο φωτεινός αιθέρας είναι μια ουσία που κάποτε πίστευαν ότι γεμίζει το Σύμπαν και εξηγεί πώς μπορεί να συμβεί η μετάδοση των κυμάτων του φωτός. Οι άνθρωποι πίστευαν ότι το φως ήταν ένα είδος κύματος. Τα κύματα ταξιδεύουν πάνω από την επιφάνεια του νερού σε μια λίμνη, μέσω του αέρα σε ένα δωμάτιο κ.λπ. Όλα τα κύματα που είχαν μελετήσει οι άνθρωποι στο παρελθόν είχαν ταξιδέψει μέσω ενός μέσου Τα ηχητικά κύματα ταξίδευαν ταχύτερα μέσω του χάλυβα απ' ό,τι μέσω του αέρα. Έτσι οι άνθρωποι φαντάστηκαν ότι και το φως πρέπει να ταξιδεύει μέσα από ένα παρόμοιο μέσο. Εφόσον το φως ταξιδεύει ταχύτερα από οτιδήποτε άλλο, το φως θα έπρεπε να ταξιδεύει μέσα από κάτι πιο άκαμπτο (όπως ο χάλυβας) ταχύτερα από οτιδήποτε άλλο. Ταυτόχρονα όμως αυτή η ουσία θα έπρεπε να είναι εντελώς ελαστική, ώστε να μην επιβραδύνει τις κινήσεις των πλανητών και να μην τους κάνει να πέσουν τελικά μέσα στους ήλιους τους. Οι άνθρωποι που ήρθαν πριν από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν πίστευαν ότι αυτή η ουσία υπήρχε και την ονόμασαν "Φωτεινό αιθέρα".
Αν ένας παρατηρητής ταξίδευε σε μια βάρκα που κινείται μέσα σε ένα ωκεάνιο ρεύμα, τότε θα μπορούσε να παρατηρήσει αλλαγές στην ταχύτητα με την οποία φαίνεται να ταξιδεύουν τα κύματα ανάλογα με τη σχέση του παρατηρητή με το ρεύμα.
Οι φυσικοί διεξήγαγαν πειράματα για να προσπαθήσουν να ξεκαθαρίσουν αυτό το ερώτημα. Το πείραμα Michelson-Morley έδειξε ότι δεν υπάρχει μέσο μέσω του οποίου να ταξιδεύει το φως. Έδειξε ότι δεν υπάρχει φωτεινός αιθέρας.
Ο ευκολότερος τρόπος για να αντιληφθούμε τη γενική ιδέα είναι να φανταστούμε ένα πολύ γρήγορο διαστημόπλοιο που κινείται με το μισό της ταχύτητας του φωτός από το ένα άστρο στο άλλο. Το διαστημόπλοιο διαθέτει δύο μετρητές ταχύτητας φωτός, έναν που δείχνει προς τα πίσω και έναν που δείχνει προς τα εμπρός. Δεδομένου ότι το διαστημόπλοιο απομακρύνεται από τα φωτόνια που εκπέμπει το κίτρινο άστρο και τρέχει προς τα φωτόνια που εκπέμπει το μπλε άστρο, η συνηθισμένη εμπειρία μας οδηγεί στο να περιμένουμε ότι θα μετρήσουμε την ταχύτητα των κίτρινων φωτονίων ως 150.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο και την ταχύτητα των μπλε φωτονίων ως 450.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Ωστόσο, και τα δύο φωτόνια μετρούνται με ταχύτητα 300.000 χλμ/δευτερόλεπτο. Με τον τρόπο αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι οι ταχύτητες δεν αλλάζουν σε σχέση με την κίνηση του διαστημοπλοίου.
Πρόσφατη έρευνα
Μια πρόσφατη μελέτη είναι πολύ πιο ακριβής από εκείνη των Michelson και Morley, αλλά εξακολουθεί να δείχνει ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή ανεξάρτητα από την κατεύθυνση προς την οποία κινείται κανείς.
Το κόκκινο διαστημόπλοιο κινείται από το κίτρινο αστέρι προς το μπλε αστέρι. Το ένθετο στο κάτω μέρος δείχνει μετρητές ταχύτητας για το φως και από τα δύο αστέρια.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι ο φωτοπορώδης αιθέρας;
Α: Ο φωτεινός αιθέρας είναι μια ουσία που κάποτε πίστευαν ότι γέμιζε το σύμπαν και εξηγούσε πώς μπορούσαν να ταξιδέψουν τα κύματα φωτός. Οι άνθρωποι πίστευαν ότι το φως ήταν ένα είδος κύματος και ότι έπρεπε να ταξιδέψει μέσα από κάποιο μέσο για να έχει σταθερή ταχύτητα.
Ερ: Τι πίστευαν οι άνθρωποι για αυτή την ουσία;
Α: Οι άνθρωποι πίστευαν ότι η ουσία αυτή έπρεπε να έχει πολύ χαμηλό ιξώδες, ώστε να μην επιβραδύνει την κίνηση των πλανητών και να τους κάνει να πέσουν τελικά μέσα στον ήλιο τους. Πίστευαν επίσης ότι θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί το φως ταξιδεύει με τόσο υψηλές ταχύτητες.
Ερ: Πώς προσπάθησαν οι φυσικοί να εξηγήσουν αυτό το ερώτημα;
Α: Οι φυσικοί διεξήγαγαν πειράματα, όπως το πείραμα του Michelson και του Morley, για να προσπαθήσουν να προσδιορίσουν αν το φως είχε πράγματι ένα αόρατο μέσο μέσω του οποίου ταξίδευε.
Ερ: Τι έδειξε το πείραμα Michelson-Morley;
Α: Το πείραμα Michelson-Morley έδειξε ότι δεν υπάρχει μέσο για να περάσει το φως, υποδεικνύοντας ότι δεν υπάρχει αιθέρας που να παράγει φως.
Ερ: Πώς μπορούμε να φανταστούμε τι συμβαίνει όταν ένας παρατηρητής ταξιδεύει σε μια βάρκα που κινείται μέσα σε ένα ωκεάνιο ρεύμα;
Α: Αν ένας παρατηρητής ταξίδευε σε μια βάρκα που περνάει μέσα από ένα ωκεάνιο ρεύμα, θα μπορούσε να παρατηρήσει αλλαγές στην ταχύτητα των κυμάτων ανάλογα με τη σχέση τους με το ρεύμα.
Ερ: Τι μας λέει για τις σχετικές ταχύτητες αν φανταστούμε ένα διαστημόπλοιο να ταξιδεύει από το ένα άστρο στο άλλο;
Α: Αν φανταστούμε ένα πολύ γρήγορο διαστημόπλοιο που ταξιδεύει με τη μισή ταχύτητα του φωτός από ένα αστέρι σε ένα άλλο, θα δούμε ότι η ταχύτητα και των δύο φωτονίων μετριέται στα 300 000 km/s ανεξάρτητα από την κίνηση ή την κατεύθυνση - γεγονός που δείχνει ότι οι ταχύτητες δεν αλλάζουν σε σχέση με την κίνηση του διαστημοπλοίου.
