마이컬슨 - 몰리 실험 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 마이컬슨 - 몰리 실험 위키백과, 우리 모두의 백과사전. 둘러보기로 가기 검색하러 가기 마이컬슨 - 몰리 실험의 데이터 앨버트 마이컬슨 ( Albert Abraham Michelson ) 과 에드워드 몰리 ( Edward Morley ) 는 1887년, 현재의 케이스 웨스턴 리저브 대학교 ( Case Western Reserve University ) 에서 물리학의 역사상 가장 중요한 실험 중 하나인 마이컬슨 - 몰리 실험을 하였다. 이 실험의 결과는 광학적 에테르 이론을 부정하는 최초의 유력한 증거가 되었다. 이 실험은 또한 두 번째 과학 혁명 ( Second Scientific Revolution ) 의 이론적 관점의 시발점 이라고 불리기도 한다. [ 1 ] 앨버트 마이컬슨은 이 실험으로 1907년에 노벨 물리학상을 수여 받았다. 목차 1 에테르 측정하기 2 실험 3 실패한 것으로 유명한 실험 4 마이컬슨 - 몰리 실험 이후 5 다른 설명 6 중력 파동 측정에의 응용 7 각주 8 참고 문헌 에테르 측정하기 [ 편집 ] 19세기의 물리학에서는, 수면파 또는 음파 등이 진행하기 위해서는 매개물 ( 물, 공기 ) 이 필요하듯, 빛이 진행하기 위해서도 " 광학 에테르 " 라는 매개물이 필요하다고 가정하였다
실험장치는 에테르 바람의 존재에 대해 확신을 갖고 말하기에는 실험적 오차가 너무 컸다. 에테르 바람을 측정하기 위해서는 보다 정확하고 정교하게 통제된 실험이 필요하였다. 비록 이 실험장치는 레이저를 사용하고 있으나 마이컬슨의 초창기 간섭계와 원리는 동일하다 그 후 그는 에드워드 몰리와 합작하여, 에테르 바람에 의한 간섭무늬의 변화를 측정할 수 있을 정도로 정교한 실험장치를 제작하였다. [ 3 ] 그들의 실험에서는 광선이 긴 팔 ( arm ) 을 앞 뒤로 반사하여 여러 번 왕복하게 설계되어 총 경로가 11m가 되도록 하였다. 광선이 11m를 이동하면 이론적으로 간섭무늬의 변화가 주름 한 개의 0. 4배의 크기만큼 나타나야 한다. 이를 보다 쉽고 정확히 측정하기 위해서, 실험은 열과 진동의 효과를 최소화할 수 있는 벽돌로 된 빌딩 지하의 폐쇄된 방에서 이루어졌다. 그리고 보다 진동에 의한 오차를 줄이기 위해 수은으로 채운 욕조에 대리석을 띄워 그 위에 실험장치를 설치하였다. 이 장치는 간섭무늬 한 개의 주름의 1 / 100배 크기의 변화를 측정할 수 있을 정도로 정교하였다. 수은 욕조에 의해 실험장치가 회전할 수 있어, 모든 각도에서 에테르 바람의 측정이 가능하였
Abraham, The Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether, American Journal of Science, 1881, 22, 120 - 129 ↑ Michelson, Albert Abraham & Morley, Edward Williams, On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether, American Journal of Science, 1887, 34, 333 - 345 참고 문헌 [ 편집 ] Michelson, A. A. ; et al. ( 1928 ). " Conference on the Michelson - Morley Experiment Held at Mount Wilson, February, 1927 ". 《 Astrophysical Journal 》 68 : 341 - 390. doi : 10. 1086 / 143148. 더 이상 지원되지 않는 변수를 사용함 ( 도움말 ) Shankland, Robert S. ; et al. ( 1955 ). " New Analysis of the Interferometer Observations of Dayton C. Miller ". 《 Reviews of Modern Physics 》 27 ( 2 ) : 167 - 178. doi : 10. 1103 / RevModPhys. 27. 167. 더 이상 지원되지 않는 변수를 사용함 ( 도움말 ) DeMeo, James ( 2002 ). " Dayton Miller's E
거울 ( half - silvered mirror ) 을 통해 직각으로 나누어 두 개의 광선으로 만든다. 이 나눔계 ( splitter ) 를 지나고 나면, 광선은 길게 뻗은 팔 ( arm ) 을 지나 그 끝에 장착된 거울을 통해 다시 중간지점으로 반사되어 온다. 중간으로 반사된 파는 나눔계 ( splitter ) 를 통해 다시 결합이 되어 빛이 각 팔 ( arm ) 에서 이동한 시간차에 따라 보강 또는 상쇄 간섭 무늬가 일어난다. 미세한 시간차에 의해서도 간섭무늬의 주름 ( interference fringe ) 의 위치가 변화한다. 만약 에테르가 태양에 상대적으로 정지해 있다면, 지구의 운동은 간섭무늬 주름 한 개의 1 / 25배 크기만큼의 간섭무늬의 변화를 일으킬 것이다. 1881년 마이컬슨이 독일에서 상기 실험 장치를 이용하여 간섭무늬의 변화 값을 측정하였지만, 간섭무늬의 변화가 기대 값인 0. 04값 ( 간섭무늬 한 개의 0. 04크기되는 만큼의 변화 ) 보다 작은 0. 02 값을 얻었다. [ 2 ] 그러나 그의 초창기 실험장치는 에테르 바람의 존재에 대해 확신을 갖고 말하기에는 실험적 오차가 너무 컸다. 에테르 바람을 측정하기 위해서는 보다 정확하고 정교하게 통제된 실험이 필요
수면파 또는 음파 등이 진행하기 위해서는 매개물 ( 물, 공기 ) 이 필요하듯, 빛이 진행하기 위해서도 " 광학 에테르 " 라는 매개물이 필요하다고 가정하였다. 빛은 진공상태의 공간을 통해 진행할 수 있으므로, 진공상태에는 빛의 매개물이 포함되어 있다고 생각하였다. 빛의 속도가 너무 커서, 에테르의 존재여부와 그 성질을 알아내기 위한 실험을 설계하기 위해서는 상당한 정교함이 요구되었다. 에테르 바람의 묘사도 지구는 태양 주위의 궤도를 따라 30 km / s의 속력으로 이동한다. 태양 또한 우리 은하의 중심 주위를 그보다 더 빠른 속도로 이동하고 있다. 따라서, 지구의 공전 운동에 의해, 지구를 가로지르는 에테르의 흐름은 " 에테르 바람 " 을 형성할 것이라고 생각하였다. 물론 이론적으로는 일시적으로 지구의 움직임과 에테르의 흐름이 일치할 수 있지만, 지구는 방향과 속력이 수시로 변화하는 운동을 하고 있으므로, 모든 시간에서 지구는 에테르의 흐름에 상대적으로 정지해 있을 수는 없다. 지구 표면의 어느 지점에서나, 바람의 크기와 방향은 하루의 시간대와 계절에 따라 변한다. 따라서, 여러 시간대에서 여러 방향에서 반사되어 돌아오는 빛의 속도를 측정하여, 에테르에 대한
정교하였다. 나중에 밀러 ( Miller ) 는 자기장으로부터 영향이 없는 반자성체적인 실험장치를 제작하였고, 마이컬슨은 온도변화에 영향이 없도록 실험 장치를 팽창하지 않는 강철과 니켈의 합금으로 제작하였다. 이들 이외에도 세계의 여러 과학자들이 보다 정교하고 부작용이 없는 실험 장치를 제작하였다. 몰리는 자신의 실험결과를 납득하지 못하여, 데이톤 밀러 ( Dayton Miller ) 와 추가적인 실험을 진행하였다. 밀러 ( Miller ) 는 윌슨 산 천문대 ( Mount Wilson observatory ) 에 32m 길이의 간섭계를 설치하여 큰 규모의 실험을 실시하였다. 그는 에테르 바람이 단단한 벽에 의해 차단되는 것을 방지하기 위해, 캔버스로 만든 얇은 벽으로 된 창고에서 실험을 하였다. 그는 실험 장치를 한 번 회전시킬 때마다 변화하는 작은 명확한 효과 ( positive effect ) 들을 측정할 수 있었다. 그의 측정값은 지구의 공전운동 자체에 의한 기댓값인 ~ 30 km / s 보다 훨씬 작은 ~ 10 km 였다. 그는 이러한 결과가 부분적인 동반이행 ( entrainment ) 에 의한 것이라고 믿었으나, 구체적으로
누구도 밀러의 결과를 다시 재현한 사람은 없으며, 현대 실험장치들의 정확성은 밀러의 결론을 무시할 수 있을 정도이다. 이름 년도 실험장치 크기 ( 미터 ) 예상되는 무늬 이동 측정된 무늬 이동 실험 장치 분해능 에테르 속도 Vaether 상한 마이컬슨 1881 1. 2 0. 04 0. 02 마이컬슨과 몰리 1887 11. 0 0. 4 0. 01 8 km / s 몰리와 밀러 1902 - 1904 32. 2 1. 13 0. 015 밀러 1921 32. 0 1. 12 0. 08 밀러 1923 - 1924 32. 0 1. 12 0. 03 밀러 ( 햇빛 ) 1924 32. 0 1. 12 0. 014 Tomascheck ( 별빛 ) 1924 8. 6 0. 3 0. 02 밀러 1925 - 1926 32. 0 1. 12 0. 088 케네디 ( 윌슨 산 ) 1926 2. 0 0. 07 0. 002 일링워스 1927 2. 0 0. 07 0. 0002 0. 0006 1 km / s Piccard and Stahel ( Rigi ) 1927 2. 8 0. 13 0. 006 마이컬슨 외. 1929 25. 9 0. 9 0. 01 Joos 1930 21. 0 0. 75 0. 002 근래에는 마이컬슨 - 몰리 실험이 매우 흔한 실험이 되어 버렸다. 레이저와 메이저는
. 9 0. 9 0. 01 Joos 1930 21. 0 0. 75 0. 002 근래에는 마이컬슨 - 몰리 실험이 매우 흔한 실험이 되어 버렸다. 레이저와 메이저는 잘 조율된 공동 ( cavity ) 속에서 빛이 계속 앞뒤로 움직임으로 인해, 높은 에너지의 원자를 만들어 강한 빛이 나갈 수 있게 증폭시킨다. 따라서 빛은 킬로미터 단위의 거리를 움직이게 된다. 하나의 동공에서 나온 빛은 직각으로 설치된 다른 공동 ( cavity ) 에 동일한 단계를 반복하게 할 수 있어, 매우 정확도가 높은 간섭계를 제작할 수 있다. 이러한 실험은 메이저의 발명자중 하나인 찰스 타운스 ( Charles H Townes ) 에 의해 처음 실행 되었다. 그의 1958년 실험은 30 m / s 내의 오차범위를 가졌고, 1974년에 레이저로 반복된 실험은 이 수치를 0. 025 m / s 로 낮췄다. 1979년에는 오차범위가 0. 001 m / s 까지 낮아졌다. 마이컬슨 - 몰리 실험 이후 [ 편집 ] 이러한 결과는 빛의 파동이 정지된 에테르 속에서 진행한다는 그 당시 이론으로는 설명할 수 없는 놀라운 결과였다. 이러한 의외의 결과를 설명하기위해, 실험자체에 드러나지 않은 결함이
제곱에 비례하므로, 측정된 속도는 지구의 공전속도의 기댓값의 1 / 4배 보다 작은 1 / 6배의 값이라고 결론을 내렸다. 하지만 이러한 작은 속도의 값은 에테르의 존재에 대한 증거로 쓰기에 너무 작은 값이었고, 추후 이 결과는 실험적 오차 범위내인 것으로 밝혀졌다. 비록 1887년의 논문이후로, 각각 다른 실험을 시작하였지만, 두 사람 모두 이 분야에 여전히 연구를 계속하였다. 이후 훨씬 정교한 장치에 의해 동일한 실험이 반복되었다. 케네디 ( Kennedy ) 와 일링워스 ( Illingworth ) 는 거울을 개선하여 반파장 단계 ( half - wave step ) 를 포함시킴으로써 실험장치 내부에 정상파 패턴 형태가 나타날 가능성을 배제시켰다. 일링워스의 실험장치는 대략 간섭무늬 주름 한 개의 1 / 300배 되는 크기의 변화를 측정할 수 있었고, 케네디 ( Kennedy ) 의 실험장치는 간섭무늬 주름 한 개의 1 / 5000배 크기의 변화를 측정할 수 있을 정도로 정교하였다. 나중에 밀러 ( Miller ) 는 자기장으로부터 영향이 없는 반자성체적인 실험장치를 제작하였고, 마이컬슨은 온도변화에 영향이
변화가 일어나지 않는 결과에 대한 해답으로 여겨지고 있다. 그러나 그 당시에는 이러한 점이 널리 받아 들여지지 않았다. 늦게는 1920년대 까지 심지어 아인슈타인 자신도 에테르에 대해'무게를 [UNK] 수 없는 매질이 아닌 실체를 지닌 무엇'이라고 말하기도 하였다. Trouton - Noble 실험은 마이컬슨 - 몰리의 광학적 실험에 대응되는 정전기학적 실험이었다. 그러나 이 실험은 결과를 얻기 위해 충분한 감도 ( sensitivity ) 를 지닌 실험인지는 논란이 있다. 한편 1908년 Trouton - Rankine 실험은 Kennedy - Thorndike실험에 대응되는 정전기학적 실험으로 놀라운 감도 ( sensitiviy ) 를 지닌 실험이었다. 다른 설명 [ 편집 ] Proceedings of the Natural Philosophy Alliance라는 제목의 간행물에서 고전적인 도플러 효과로 마이컬슨 - 몰리 실험의 결과 ( 간섭무늬의 주름 모양변화가 없는 결과 ) 를 설명하려는 시도가 있었다. 그러나 이들 중 어느 것도 설득력있는 해석으로 받아들여지지 않았다. 이 실험은 마이컬슨 간섭계 실험이라는 또다른 명칭을 가지고 있다. 중력 파동 측정에의 응용 [ 편집 ] 아인슈타인은 자신
앨버트 마이컬슨(Albert Abraham Michelson)과 에드워드 몰리(Edward Morley)는 1887년, 현재의 케이스 웨스턴 리저브 대학교(Case Western Reserve University)에서 물리학의 역사상 가장 중요한 실험 중 하나인 마이컬슨-몰리 실험을 하였다. 이 실험의 결과는 광학적 에테르 이론을 부정하는 최초의 유력한 증거가 되었다. 이 실험은 또한 두 번째 과학 혁명(Second Scientific Revolution)의 이론적 관점의 시발점 이라고 불리기도 한다. 앨버트 마이컬슨은 이 실험으로 1907년에 노벨 물리학상을 수여 받았다.