प्रकाशवाही ईथर

From Vigyanwiki
See also: ईथर ( चिरसम्मत तत्व), ईथर सिद्धांत, and ईथर ड्रैग परिकल्पना
प्रकाशवाही ईथर: यह परिकल्पना की गई थी कि पृथ्वी ईथर के माध्यम से चलती है जो प्रकाश को वहन करती है।

प्रकाशवाही ईथर या ईथर[1] (प्रकाशवाही, जिसका अर्थ है "प्रकाश-बेयरिंग"), प्रकाश के प्रसार के लिए संचरण माध्यम था।[2] यह स्पष्ट रूप से तरंग आधारित प्रकाश की खाली जगह (एक निर्वात) के माध्यम से प्रसार करने की क्षमता की व्याख्या करने के लिए लागू किया गया था, कुछ ऐसा जो तरंगों को करने में सक्षम नहीं होना चाहिए था। स्थानिक निर्वात के बजाय प्रकाशवाही ईथर के स्थानिक प्लेनम की धारणा ने सैद्धांतिक माध्यम प्रदान किया जो प्रकाश के तरंग सिद्धांतों के लिए आवश्यक था।

ईथर परिकल्पना अपने पूरे इतिहास में काफी बहस का विषय थी, क्योंकि इसमें भौतिक वस्तुओं के साथ कोई संपर्क नहीं होने के कारण अदृश्य और अनंत सामग्री के अस्तित्व की आवश्यकता थी। जैसा कि प्रकाश की प्रकृति का पता लगाया गया था, विशेष रूप से 19वीं शताब्दी में, ईथर के लिए आवश्यक भौतिक गुण तेजी से विरोधाभासी हो गए थे। 1800 के अंत तक, ईथर के अस्तित्व पर सवाल उठाया जा रहा था, यद्यपि इसे बदलने के लिए कोई भौतिक सिद्धांत नहीं था।

मिशेलसन-मॉर्ले प्रयोग (1887) के ऋणात्मक परिणाम ने सुझाव दिया कि ईथर मौजूद नहीं था, एक खोज जो 1920 के बाद के प्रयोगों में पुष्टि की गई थी। इसने ईथर के बिना प्रकाश के प्रसार को समझाने के लिए काफी सैद्धांतिक काम किया था। प्रमुख सफलता सापेक्षता के सिद्धांत की थी, जो यह समझा सकती थी कि प्रयोग ईथर को देखने में विफल क्यों हुआ, लेकिन यह सुझाव देने के लिए अधिक व्यापक रूप से की गई व्याख्या की आवश्यकता नहीं थी। माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग, ब्लैकबॉडी रेडिएटर और प्रकाश विद्युत प्रभाव के साथ, आधुनिक भौतिकी के विकास में महत्वपूर्ण प्रयोग था, जिसमें सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी दोनों सम्मिलित हैं, जिनमें से उत्तरार्द्ध प्रकाश की कण जैसी प्रकृति की व्याख्या करता है।

प्रकाश और ईथर का इतिहास

See also: प्रकाशवाही ईथर की समयरेखा

कण बनाम तरंगें

Main article: तरंग-कण द्विविधता

17वीं शताब्दी में, रॉबर्ट बॉयल ईथर परिकल्पना के समर्थक थे। बॉयल के अनुसार, ईथर में सूक्ष्म कण होते हैं, जो एक प्रकार से निर्वात की अनुपस्थिति और पिंडों के बीच यांत्रिक बातचीत की व्याख्या करते हैं, और दूसरे प्रकार के चुंबकत्व (और संभवतः गुरुत्वाकर्षण) जैसी घटनाओं की व्याख्या करते हैं, जो मैक्रोस्कोपिक निकायों के विशुद्ध रूप से मैकेनिकल इंटरैक्शन के आधार पर अवर्णनीय हैं, यद्यपि प्राचीन समय के ईथर में कुछ भी ध्यान नहीं दिया गया था लेकिन एक बहुत ही अस्पष्ट और बहुत ही सूक्ष्म पदार्थ था, लेकिन फिर भी हम इस बात की अनुमति देने के लिए वर्तमान सामग्री हैं कि हमेशा उत्तर और दक्षिण के बीच निश्चित मार्ग में आगे बढ़ने वाली वायु धाराओं की श्रेणी में होता है।[3]

क्रिस्टियान ह्यूजेंस के ग्रंथ ऑन लाइट (1690) ने परिकल्पना की कि प्रकाश ईथर के माध्यम से तरंग का प्रसार है। वह और आइजैक न्यूटन केवल प्रकाश तरंगों को अनुदैर्ध्य तरंग के रूप में देख सकते थे, जो ध्वनि और तरल पदार्थों में अन्य यांत्रिक तरंगो की तरह फैलती थी। यद्यपि, अनुदैर्ध्य तरंगों की तरह अनुप्रस्थ तरंग की तरह दो ध्रुवीकरण (तरंगों) के बजाय, किसी दिए गए प्रसार दिशा के लिए अनुदैर्ध्य तरंगों का केवल एक ही रूप होता है। इस प्रकार, अनुदैर्ध्य तरंगें द्विरोधीता की व्याख्या नहीं कर सकती हैं, जिसमें प्रकाश के दो ध्रुवीकरण क्रिस्टल द्वारा अलग-अलग तरीके से अपवर्तित होते हैं। इसके अलावा, न्यूटन ने प्रकाश को एक माध्यम में तरंगों के रूप में खारिज कर दिया क्योंकि इस तरह के माध्यम को अंतरिक्ष में हर जगह विस्तार करना होगा और इस प्रकार उन महान पिंडों (ग्रहों और धूमकेतुओं) की गति को बाधित और मंद कर देगा और इस प्रकार यह [प्रकाश का माध्यम] उपयोग नहीं करता है और प्रकृति के संचालन को बाधित और उसे मंद बनाता है, इसलिए इसके अस्तित्व के लिए कोई सबूत नहीं है और इसलिए इसे खारिज किया जाना चाहिए।

आइजैक न्यूटन ने तर्क दिया कि प्रकाश कई छोटे कणों से बना है। यह प्रकाश की सीधी रेखाओं में यात्रा करने की क्षमता और सतहों से परावर्तन (भौतिकी) जैसी विशेषताओं की व्याख्या कर सकता है। न्यूटन ने प्रकाश कणों की कल्पना गैर-गोलाकार कणिकाओं के रूप में की, जिनके विभिन्न पक्ष द्विअपवर्तन को जन्म देते हैं। लेकिन प्रकाश का कण सिद्धांत अपवर्तन और विवर्तन की संतोषजनक व्याख्या नहीं कर सकता है। अपवर्तन की व्याख्या करने के लिए, न्यूटन की प्रकाशिकी की तीसरी पुस्तक (पहला संस्करण 1704, चौथा संस्करण 1730) ने प्रकाश की तुलना में तेज गति से कंपन संचारित करने वाला "एथरियल माध्यम" को प्रकाश की तुलना में तेजी से कंपन संचारित करने के लिए कहा, जिसके द्वारा प्रकाश, जब आगे निकल जाता है, "आसान प्रतिबिंब और आसान संचरण के फिट" में डाल दिया जाता है। "जो अपवर्तन और विवर्तन का कारण बना था। न्यूटन का मानना ​​था कि ये कंपन ऊष्मा विकिरण से संबंधित थे:

क्या गर्म कमरे की गर्मी हवा की तुलना में बहुत सूक्ष्म माध्यम के कंपन द्वारा निर्वात के माध्यम से व्यक्त नहीं की जाती है, जो हवा को बाहर निकालने के बाद निर्वात में बनी रहती है? और क्या यह माध्यम उस माध्यम के साथ समान नहीं है जिसके द्वारा प्रकाश अपवर्तित और परावर्तित होता है और जिसके कंपन से प्रकाश निकायों में ऊष्मा का संचार करता है और आसान परावर्तन और आसान संचरण के फिट में डाल दिया जाता है?[A 1]: 349 

आधुनिक समझ के विपरीत कि ऊष्मा विकिरण और प्रकाश दोनों विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं, न्यूटन ने ऊष्मा और प्रकाश को दो अलग-अलग घटनाओं के रूप में देखा था। उनका मानना ​​था कि जब प्रकाश की किरण किसी भी पारदर्शी पिंड की सतह पर पड़ती है तो उष्मा के कंपन उत्तेजित होते हैं।: 348  उन्होंने लिखा, मुझे नहीं पता कि यह ईथर क्या है, लेकिन अगर इसमें कण होते हैं तो वे अवश्य ही होते हैं।


वायु से या प्रकाश से भी बहुत छोटा: इसके कणों की अत्यधिक लघुता उस बल की महानता में योगदान दे सकती है जिसके द्वारा वे कण एक दूसरे से पीछे हट सकते हैं, और इस तरह उस माध्यम को वायु की तुलना में अत्यधिक दुर्लभ और लोचदार बना सकते हैं। परिणामस्वरूप प्रक्षेप्य की गति का प्रतिरोध करने में बहुत कम सक्षम है और खुद को विस्तारित करने का प्रयास करके सकल निकायों पर दबाव डालने में सक्षम है।[A 1]: 352 







ब्रैडली कणों का सुझाव देते हैं

1720 में, जेम्स ब्रैडली ने वर्ष के अलग-अलग समय में तारों का माप लेकर तारकीय लंबन को मापने का प्रयास करने वाले प्रयोगों की श्रृंखला को अंजाम दिया था। जैसे-जैसे पृथ्वी सूर्य के चारों ओर घूमती है, किसी दिए गए दूर के स्थान पर स्पष्ट कोण बदल जाता है। उन कोणों को मापकर सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की ज्ञात कक्षीय परिधि के आधार पर तारे की दूरी की गणना की जा सकती है। वह किसी भी लंबन का पता लगाने में विफल रहे, जिससे सितारों की दूरी कम हो गई थी।

इन प्रयोगों के दौरान, ब्रैडली ने संबंधित प्रभाव की भी खोज की, सितारों की स्पष्ट स्थिति वर्ष में बदल गई, लेकिन उम्मीद के अनुसार नहीं ​​थे। तारे के संबंध में जब पृथ्वी अपनी कक्षा के किसी भी छोर पर थी, तब प्रकट कोण को अधिकतम करने के बजाय, कोण को अधिकतम किया गया था जब पृथ्वी स्टार के संबंध में अपने सबसे तेज साइडवे वेग पर थी। इस प्रभाव को अब तारकीय विचलन के रूप में जाना जाता है।

ब्रैडली ने न्यूटन के प्रकाश के कणिका सिद्धांत के संदर्भ में इस आशय की व्याख्या की, यह दिखाते हुए कि विपथन कोण पृथ्वी के कक्षीय वेग और प्रकाश के कणिकाओं के वेग के सरल सदिश जोड़ द्वारा दिया गया था, ठीक उसी तरह जैसे ऊर्ध्वाधर रूप से गिरने वाली वर्षा की बूंदें एक गतिमान वस्तु पर प्रहार करती हैं। कोण, पृथ्वी के वेग और विपथन कोण को जानने से उन्हें प्रकाश की गति का अनुमान लगाने में मदद मिलती है।

प्रकाश के ईथर-आधारित सिद्धांत के संदर्भ में तारकीय विपथन की व्याख्या करना अधिक समस्याग्रस्त माना गया था। जैसा कि विपथन सापेक्ष वेगों पर और वेग पृथ्वी की गति पर निर्भर था, ईथर को तारे के संबंध में स्थिर रहना पड़ता था क्योंकि पृथ्वी इसके माध्यम से चलती थी। इसका मतलब यह था कि पृथ्वी ईथर के माध्यम से यात्रा कर सकती है, जो भौतिक माध्यम है, जिसका कोई स्पष्ट प्रभाव नहीं है - वास्तव में समस्या जिसने न्यूटन को पहली जगह पर तरंग मॉडल को अस्वीकार करने के लिए प्रेरित किया था।

तरंग-सिद्धांत की जीत

एक सदी बाद, थॉमस यंग (वैज्ञानिक)[lower-alpha 1] और ऑगस्टिन-जीन फ्रेस्नेल ने प्रकाश के तरंग सिद्धांत को पुनर्जीवित किया जब उन्होंने बताया कि प्रकाश अनुदैर्ध्य तरंग के बजाय अनुप्रस्थ तरंग हो सकता है; अनुप्रस्थ तरंग का ध्रुवीकरण (जैसे न्यूटन के प्रकाश के पक्ष) द्विरता को समझा सकता है, और विवर्तन पर प्रयोगों की एक श्रृंखला के मद्देनजर, न्यूटन के कण मॉडल को अंततः छोड़ दिया गया था। इसके अलावा, भौतिकविदों ने यह भी माना कि, यांत्रिक तरंगों की तरह, प्रकाश तरंगों को प्रसार के लिए माध्यम की आवश्यकता थी और इस प्रकार सभी अंतरिक्ष में ईथर 'गैस के विचार की आवश्यकता थी।

यद्यपि, अनुप्रस्थ तरंग को द्रव के विपरीत, ठोस के रूप में व्यवहार करने के लिए स्पष्ट रूप से प्रसार माध्यम की आवश्यकता होती है। ठोस का प्रसार जो अन्य पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया नहीं करता था, थोड़ा अजीब लग रहा था और ऑगस्टिन-लुई कॉची ने सुझाव दिया कि शायद किसी प्रकार का घसीटना या प्रवेश करना था, लेकिन इसने विपथन माप को समझना मुश्किल बना दिया। उन्होंने यह भी सुझाव दिया कि अनुदैर्ध्य तरंगों की अनुपस्थिति ने सुझाव दिया कि ईथर में ऋणात्मक संपीड्यता थी। जॉर्ज ग्रीन (गणितज्ञ) ने बताया कि ऐसा द्रव अस्थिर होगा। जॉर्ज गेब्रियल स्टोक्स एंट्रेंस इंटरप्रिटेशन के चैंपियन बन गए, एक ऐसा मॉडल विकसित किया जिसमें पाइन पिच की तरह ईथर पतला (धीमी गति पर द्रव और तेज गति पर कठोर) हो सकता है। इस प्रकार पृथ्वी इसके माध्यम से काफी स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकती है, लेकिन यह प्रकाश का समर्थन करने के लिए पर्याप्त कठोर होगी।

विद्युत चुंबकत्व

1856 में, विल्हेम एडवर्ड वेबर और रूडोल्फ कोलराउश ने आवेश की इलेक्ट्रोस्टैटिक इकाई की इलेक्ट्रोस्टैटिक यूनिट के अनुपात के संख्यात्मक मान को मापा था। उन्होंने पाया कि चार्ज की इलेक्ट्रोस्टैटिक यूनिट और ऐबकूलम्ब के बीच का अनुपात प्रकाश की गति c है।[5] अगले वर्ष, गुस्ताव किरचॉफ ने पेपर लिखा जिसमें उन्होंने दिखाया कि बिजली के तार के साथ सिग्नल की गति प्रकाश की गति के बराबर होती है। ये प्रकाश की गति और विद्युत चुम्बकीय घटना के बीच पहली बार दर्ज की गई ऐतिहासिक कड़ी हैं।

जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने माइकल फैराडे की बल रेखा पर काम करना शुरू किया। 1861 में शक्ति के भौतिक आधार पर लिखे अपने पत्र में उन्होंने आणविक भंवर के सागर का उपयोग करते हुए बल की इन चुंबकीय रेखाओं का प्रतिरूपण किया जिसे वे आंशिक रूप से एथर और साधारण पदार्थ से बने माने जाते थे। उन्होंने अनुप्रस्थ लोचदारता और इस लोचदार माध्यम के घनत्व के संदर्भ में डाईइलेक्ट्रिक स्थिरांक और चुंबकीय पारगम्यता के लिए अभिव्यक्ति प्राप्त की थी। फिर उन्होंने 1856 के वेबर और कोहलरॉश के परिणाम के उपयुक्त अनुकूलित संस्करण के साथ चुंबकीय पारगम्यता के लिए डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक के अनुपात की बराबरी की और उन्होंने इस परिणाम को ध्वनि की गति के लिए न्यूटन के समीकरण में प्रतिस्थापित किया था। हिप्पोलाइट फिज़ौ द्वारा मापी गई प्रकाश की गति के करीब था, मैक्सवेल ने निष्कर्ष निकाला कि प्रकाश में उसी माध्यम के उतार-चढ़ाव होते हैं जो विद्युत और चुंबकीय घटना का कारण है।[B 1][B 2][B 3][B 4]

यद्यपि, मैक्सवेल ने अपने आणविक भंवरों की सटीक प्रकृति के बारे में कुछ अनिश्चितताएँ व्यक्त की थीं और इसलिए उन्होंने समस्या के लिए विशुद्ध रूप से गतिशील दृष्टिकोण अपनाना शुरू किया। उन्होंने 1864 में एक और पत्र लिखा, जिसका शीर्षक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का एक गतिशील सिद्धांत था, जिसमें प्रकाशवाही माध्यम का विवरण कम स्पष्ट था।[A 2] यद्यपि मैक्सवेल ने स्पष्ट रूप से आणविक भंवरों के समुद्र का उल्लेख नहीं किया, एम्पीयर के सर्किटल कानून की उनकी व्युत्पत्ति 1861 के पेपर से हुई थी और उन्होंने गतिशील दृष्टिकोण का उपयोग किया जिसमें विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के भीतर घूर्णन गति शामिल थी जिसे उन्होंने फ्लाईव्हील्स की क्रिया से तुलना की थी। इस दृष्टिकोण का उपयोग करके इलेक्ट्रोमोटिव बल समीकरण (लोरेंत्ज़ बल समीकरण का पूर्ववर्ती) को उचित ठहराने के लिए, उन्होंने आठ समीकरणों के एक सेट से तरंग समीकरण प्राप्त किया जो कागज में प्रकट हुआ और जिसमें इलेक्ट्रोम ऑटोमोटिव फोर्स समीकरण और एम्पीयर के सर्किट कानून सम्मिलित थे।[A 2] मैक्सवेल ने एक बार फिर वेबर और कोलराउश के प्रयोगात्मक परिणामों का उपयोग यह दिखाने के लिए किया कि यह तरंग समीकरण विद्युत चुम्बकीय तरंग का प्रतिनिधित्व करता है जो प्रकाश की गति से फैलता है, इसलिए इस दृष्टिकोण का समर्थन करता है कि प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण का रूप है।

ऐसे हर्ट्ज़ियन तरंगों के लिए प्रसार माध्यम की स्पष्ट आवश्यकता को इस तथ्य से देखा जा सकता है कि वे ऑर्थोगोनल बिजली का आवेश (E) और चुंबकीय (B या H) तरंगों से मिलकर बने होते हैं। E तरंगों में अनंत द्विध्रुवीय विद्युत क्षेत्र होते हैं और ऐसे सभी द्विध्रुवों को अलग और विपरीत विद्युत आवेशों की आवश्यकता होती है। विद्युत आवेश पदार्थ का अविवेकी गुण है, इसलिए ऐसा प्रतीत हुआ कि प्रत्यावर्ती धारा प्रदान करने के लिए किसी प्रकार के पदार्थ की आवश्यकता होती है जो तरंग के प्रसार पथ के साथ किसी भी बिंदु पर मौजूद प्रतीत होता है। वास्तविक निर्वात में तरंगों के प्रसार का अर्थ बिना संबद्ध विद्युत आवेश के विद्युत क्षेत्र का अस्तित्व, या बिना संबद्ध पदार्थ के विद्युत आवेश होगा। यद्यपि मैक्सवेल के समीकरणों के साथ संगत, विद्युत क्षेत्रों के विद्युत चुम्बकीय प्रेरण को निर्वात में प्रदर्शित नहीं किया जा सकता है, क्योंकि विद्युत क्षेत्रों का पता लगाने के सभी तरीकों में विद्युत आवेशित पदार्थ की आवश्यकता होती है।

इसके अलावा, मैक्सवेल के समीकरणों के लिए आवश्यक है कि निर्वात में सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगें निश्चित गति, प्रकाश की गति पर फैलती हैं। जैसा कि यह न्यूटोनियन भौतिकी में संदर्भ के केवल एक फ्रेम में हो सकता है (गैलीलियन आपेक्षिकता देखें), ईथर को संदर्भ के पूर्ण और अद्वितीय फ्रेम के रूप में परिकल्पित किया गया था जिसमें मैक्सवेल के समीकरण हैं। यही है, ईथर अभी भी सार्वभौमिक रूप से होना चाहिए, अन्यथा सी किसी भी भिन्नता के साथ भिन्न होगा जो इसके सहायक माध्यम में हो सकता है। मैक्सवेल ने स्वयं पहियों और गियर के आधार पर ईथर के कई यांत्रिक मॉडल प्रस्तावित किए और जॉर्ज फ्रांसिस फिट्ज़गेराल्ड ने उनमें से एक का कार्यशील मॉडल भी बनाया। इन मॉडलों को इस तथ्य से सहमत होना पड़ा कि विद्युत चुम्बकीय तरंगें अनुप्रस्थ तरंगें हैं लेकिन अनुदैर्ध्य तरंगें नहीं हैं।

समस्याएं

इस बिंदु तक, एथर के यांत्रिक गुण अधिक से अधिक शानदार हो गए थे: समष्टि भरने के लिए इसे तरल पदार्थ होना था, लेकिन जो प्रकाश तरंगों की उच्च आवृत्तियों का समर्थन करने के लिए स्टील की तुलना में लाखों गुना अधिक कठोर था। इसे द्रव्यमान रहित और बिना चिपचिपाहट वाला भी होना था, अन्यथा यह ग्रहों की कक्षाओं को स्पष्ट रूप से प्रभावित करता। इसके अतिरिक्त ऐसा प्रतीत होता है कि यह पूरी तरह से पारदर्शी, गैर-निष्क्रिय, अंसपीड्य और बहुत ही छोटे पैमाने पर निरंतर होना चाहिए।[6] मैक्सवेल ने एनसाइक्लोपीडिया ब्रिटानिका में लिखा:[A 3]

ईथर का आविष्कार ग्रहों में तैरने, विद्युत वायुमंडल और चुंबकीय प्रवाह का निर्माण करने के, हमारे निकाय के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में स्पंदन को व्यक्त करने के लिए किया गया था, और इसी तरह, जब तक कि सभी स्थान तीन या चार बार ईथर से भर नहीं गए। एकमात्र ईथर जो बच गया है वह है जिसका आविष्कार ह्यूजेंस ने प्रकाश के प्रसार को समझाने के लिए किया था।

समकालीन वैज्ञानिकों को समस्याओं के बारे में पता था, लेकिन एथर सिद्धांत इस बिंदु तक भौतिक कानून में इतना मजबूत था कि इसे केवल अस्तित्व में माना गया था। 1908 में ओलिवर लॉज ने इस विषय पर रॉयल इंस्टीट्यूशन को लॉर्ड रैयल की ओर से एक भाषण दिया,[7] जिसमें उन्होंने इसके भौतिक गुणों को रेखांकित किया, और फिर वे असंभव क्यों नहीं थे, कारणों की पेशकश करने का प्रयास किया। फिर भी, उन्हें आलोचनाओं के बारे में भी पता था, उन्होंने लॉर्ड सैलिसबरी को यह कहते हुए उद्धृत किया कि "एथर क्रिया के नाममात्र मामले की तुलना में थोड़ा अधिक है"। अन्य लोगों ने इसे अंग्रेजी आविष्कार के रूप में आलोचना की, यद्यपि रैले ने मजाक में कहा कि यह वास्तव में शाही संस्थान का आविष्कार था।[8]

बीसवीं शताब्दी के आरंभ तक, ईथर सिद्धांत संकट में था। एथर के माध्यम से पृथ्वी की गति का पता लगाने की कोशिश करने के लिए 19 वीं शताब्दी के अंत में लगातार जटिल प्रयोगों की श्रृंखला की गई थी और ऐसा करने में विफल रहे थे। प्रस्तावित ईथर-ड्रगिंग सिद्धांतों की श्रृंखला नल परिणाम की व्याख्या कर सकती है, लेकिन ये अधिक जटिल थे, और मनमाने दिखने वाले गुणांक और भौतिक मान्यताओं का उपयोग करने की प्रवृत्ति थी। लोरेंत्ज़ ईथर सिद्धांत के ढांचे के भीतर प्रस्तुत लोरेन्ज और फिट्जगेरल्ड अधिक परिष्कृत समाधान है कि पूर्ण एथर की गति कैसे अग्रेषित की जा सकती है (लंबाई संकुचन), लेकिन यदि उनके समीकरण सही थे, तो सापेक्षता का नया विशेष सिद्धांत (1905) उत्पन्न कर सकता था। बिना किसी एथर का उल्लेख किए। एथर ओकाम के रेजर से गिर गया।[B 2][B 3][B 4]

पृथ्वी और ईथर के बीच सापेक्ष गति

ईथर ड्रैग

Main article: ईथर ड्रैग परिकल्पना

दो सबसे महत्वपूर्ण मॉडल, जिनका उद्देश्य पृथ्वी और ईथर की सापेक्ष गति का वर्णन करना था, ऑगस्टिन-जीन फ्रेस्नेल (1818) का (लगभग) स्थिर ईथर का मॉडल था, जिसमें फ्रेस्नेल के ड्रैगिंग गुणांक द्वारा निर्धारित आंशिक एथर ड्रैग शामिल था,[A 4]और जॉर्ज गेब्रियल स्टोक्स' (1844)[A 5] पूर्ण ईथर ड्रैग का मॉडल था। बाद के सिद्धांत को सही नहीं माना गया था, क्योंकि यह प्रकाश के विचलन के साथ संगत नहीं था, और इस समस्या को समझाने के लिए विकसित सहायक परिकल्पनाएं विश्वसनीय नहीं थीं। इसके अलावा, बाद के प्रयोगों के रूप में साग्नक प्रभाव (1913) ने यह भी दिखाया कि यह मॉडल अक्षम्य है। यद्यपि, फ्रेशल के सिद्धांत का समर्थन करने वाला सबसे महत्वपूर्ण फ़िज़ियो प्रयोग 1851 के एक्सपेरिमेंटल कन्फर्मेशन ऑफ़ फ्रेसेल की 1818 भविष्यवाणी थी कि वेग  v के साथ अपवर्तक सूचकांक n मूविंग के साथ उसी दिशा में माध्यम से यात्रा करने वाले प्रकाश की गति जैसे कि c/n से v को बढ़ा देगा।[E 1][E 2]

अर्थात्, संचलन प्रकाश में माध्यम के वेग का केवल अंश जोड़ता है (तारकीय विपथन के अनुरूप संदर्भ के सभी फ्रेम में स्नेल के नियम को काम करने के लिए फ्रेस्नेल द्वारा भविष्यवाणी की गई)। प्रारम्भ में इसका अर्थ यह निकाला गया था कि मध्यम ईथर को मध्यम के वेग के हिस्से के साथ खींचता है, लेकिन विलियम वेल्टमैन द्वारा प्रदर्शित किए जाने के बाद यह समझ बहुत समस्याग्रस्त हो गई कि फ्रेस्नेल के सूत्र में सूचकांक n प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है, ताकि ईथर तरंग दैर्ध्य-स्वतंत्र गति से नहीं चल सकता है। इसका तात्पर्य यह है कि असीम रूप से कई आवृत्तियों में से प्रत्येक के लिए अलग ईथर होना चाहिए।

ऋणात्मक ईथर-धारा प्रयोग

फ़्रेस्नेल की ईथर परिकल्पना के साथ मुख्य कठिनाई न्यूटोनियन गतिकी और मैक्सवेल के विद्युत चुंबकत्व के दो अच्छी तरह से स्थापित सिद्धांतों के संयोग से उत्पन्न हुई। गैलिलियन परिवर्तन के तहत न्यूटोनियन गतिकी के समीकरण अपरिवर्तनीय (भौतिकी) हैं, जबकि विद्युत चुंबकत्व के नहीं हैं। मूल रूप से इसका मतलब यह है कि जबकि गैर-त्वरित प्रयोगों में भौतिकी समान होनी चाहिए, प्रकाश समान नियमों का पालन नहीं करेगा क्योंकि यह सार्वभौमिक ईथर फ्रेम में यात्रा कर रहा है। इस अंतर के कारण होने वाले कुछ प्रभाव का पता लगाया जाना चाहिए।

एक सरल उदाहरण उस मॉडल से संबंधित है जिस पर ईथर मूल रूप से बनाया गया था: ध्वनि। यांत्रिक तरंगों के प्रसार की गति, ध्वनि की गति, माध्यम के यांत्रिक गुणों द्वारा परिभाषित की जाती है। ध्वनि हवा की तुलना में पानी में 4.3 गुना तेजी से यात्रा करती है। यह बताता है कि क्यों एक व्यक्ति पानी के नीचे और तेजी से सामने आने वाले विस्फोट को सुन सकता है क्योंकि हवा के माध्यम से धीमी गति से यात्रा करने वाली ध्वनि आती है। इसी तरह, एक हवाईजहाज पर एक यात्री अभी भी दूसरे यात्री के साथ बातचीत कर सकता है क्योंकि शब्दों की आवाज विमान के अंदर हवा के साथ यात्रा कर रही है। यह प्रभाव सभी न्यूटोनियन गतिकी के लिए बुनियादी है, जो कहता है कि ध्वनि से लेकर फेंके गए बेसबॉल के प्रक्षेपवक्र तक सब कुछ उड़ान भरने वाले विमान में समान रहना चाहिए (कम से कम एक स्थिर गति पर) जैसे कि अभी भी जमीन पर बैठा हो। यह गैलिलियन परिवर्तन और संदर्भ के फ्रेम की अवधारणा का आधार है।

लेकिन यह प्रकाश के लिए सही नहीं माना गया था, क्योंकि मैक्सवेल के गणित ने प्रकाश के प्रसार के लिए एकल सार्वभौमिक गति की मांग की थी, जो स्थानीय परिस्थितियों पर नहीं, बल्कि दो मापा गुणों पर, मुक्त स्थान की पारगम्यता और पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) पर आधारित थी। जो पूरे ब्रह्मांड में समान माने जाते थे। यदि ये संख्याएँ बदलती हैं, तो आकाश में ध्यान देने योग्य प्रभाव होने चाहिए; उदाहरण के लिए, अलग-अलग दिशाओं में सितारों के अलग-अलग रंग होंगे।

इस प्रकार किसी भी समय विशेष समन्वय प्रणाली होनी चाहिए जो एथर के सापेक्ष हो। मैक्सवेल ने 1870 के दशक के उत्तरार्ध में उल्लेख किया कि इस एथर के सापेक्ष गति का पता लगाना आसान होना चाहिए, पृथ्वी की गति के साथ यात्रा करने वाली रोशनी की गति पीछे की ओर जाने वाले प्रकाश की तुलना में अलग गति होगी, क्योंकि वे दोनों एक साथ आगे बढ़ रहे होंगे। भले ही एथर का समग्र सार्वभौमिक प्रवाह था, दिन / रात चक्र के दौरान स्थिति में परिवर्तन, या मौसम की अवधि के दौरान, बहाव का पता चलने देना चाहिए।

पहले क्रम के प्रयोग

यद्यपि ईथर फ्रेस्नेल के अनुसार लगभग स्थिर है, उनका सिद्धांत केवल दूसरे क्रम में ईथर बहाव प्रयोगों के धनात्मक परिणाम की भविष्यवाणी करता है , क्योंकि फ्रेस्नेल का ड्रैगिंग गुणांक पहले क्रम में प्रभावों को मापने में सक्षम सभी ऑप्टिकल प्रयोगों का . ऋणात्मक परिणाम देगा। निम्नलिखित प्रथम-क्रम के प्रयोगों द्वारा इसकी पुष्टि की गई, जिसके सभी ने ऋणात्मक परिणाम दिए। निम्नलिखित सूची विल्हेम वियना (1898) के विवरण पर आधारित है, एडमंड टेलर व्हिटेकर (1910) और जैकब लाउब (1910) के विवरण के अनुसार परिवर्तन और अतिरिक्त प्रयोग:[B 5][B 1][B 6]

  • फ्रेंकोइस अरागो (1810) का प्रयोग, यह पुष्टि करने के लिए कि क्या अपवर्तन, और इस प्रकार प्रकाश का विपथन, पृथ्वी की गति से प्रभावित है। इसी तरह के प्रयोग जॉर्ज बिडेल एरी (1871) द्वारा पानी से भरे टेलीस्कोप के माध्यम से और एलेउथेरे मैस्कर्ट (1872) द्वारा किए गए थे।[E 3][E 4][E 5]
  • फिज़ाऊ (1860) का प्रयोग, यह पता लगाने के लिए कि क्या कांच के स्तंभों के माध्यम से ध्रुवीकरण विमान का घूर्णन पृथ्वी की गति से बदल जाता है। उन्होंने एक धनात्मक परिणाम प्राप्त किया, लेकिन लोरेंत्ज़ दिखा सकता है कि परिणाम विरोधाभासी रहे हैं। डेविट ब्रिस्टल ब्रेस (1905) और स्ट्रैसर (1907) ने बेहतर सटीकता के साथ प्रयोग को दोहराया, और ऋणात्मक परिणाम प्राप्त किए।[E 6][E 7][E 8]
  • मार्टिन होक (1868) का प्रयोग है। यह प्रयोग फिज़ाऊ प्रयोग (1851) का अधिक सटीक रूपांतर है। दो प्रकाश किरणें विपरीत दिशाओं में भेजी गईं - उनमें से एक आराम करने वाले पानी से भरे रास्ते पर चलती है, दूसरी हवा के रास्ते का अनुसरण करती है। फ्रेस्नेल के ड्रैगिंग गुणांक के साथ समझौते में, उन्होंने ऋणात्मक परिणाम प्राप्त किया।[E 9]
  • विल्हेम क्लिंकरफ्यूज़ (1870) के प्रयोग ने जांच की कि क्या सोडियम के अवशोषण रेखा पर पृथ्वी की गति का प्रभाव मौजूद है। उन्होंने धनात्मक परिणाम प्राप्त किया, लेकिन यह एक प्रायोगिक त्रुटि दिखाई गई, क्योंकि हरमनस हागा (1901) द्वारा प्रयोग की पुनरावृत्ति ने ऋणात्मक परिणाम दिया।[E 10][E 11]
  • केटेलर (1872) का प्रयोग, जिसमें इंटरफेरोमीटर की दो किरणें पानी से भरी दो परस्पर झुकी हुई नलियों के माध्यम से विपरीत दिशाओं में भेजी गईं। व्यतिकरण सीमा में कोई परिवर्तन नहीं हुआ। बाद में, मस्कार्ट (1872) ने दिखाया कि कैल्साइट में ध्रुवीकृत प्रकाश की व्यतिकरण सीमाएँ भी अप्रभावित रहीं।[E 12][E 13]
  • क्वार्ट्ज में ध्रुवीकरण विमान के रोटेशन के परिवर्तन को खोजने के लिए एलेउथेरे मस्कर्ट (1872) का प्रयोग है। जब प्रकाश की किरणों की दिशा पृथ्वी की गति की थी और फिर विपरीत दिशा में, तो घूर्णन में कोई परिवर्तन नहीं पाया गया। लॉर्ड रेले ने बेहतर सटीकता के साथ इसी तरह के प्रयोग किए, और ऋणात्मक परिणाम भी प्राप्त किया।[E 5][E 13][E 14]

उन ऑप्टिकल प्रयोगों के अलावा, इलेक्ट्रोडायनामिक प्रथम-क्रम के प्रयोग भी किए गए थे, जिससे फ्रेस्नेल के अनुसार धनात्मक परिणाम सामने आने चाहिए थे। यद्यपि, हेनरी एंथोनी लोरेंत्ज़ (1895) ने फ्रेस्नेल के सिद्धांत को संशोधित किया और दिखाया कि उन प्रयोगों को एक स्थिर ईथर द्वारा भी समझाया जा सकता है:[A 6]

  • विल्हेम रोनटगेन (1888) का प्रयोग यह पता लगाने के लिए किया गया कि क्या आवेशित संघनित्र पृथ्वी की गति के कारण चुंबकीय बलों का उत्पादन करता है।[E 15]
  • थिओडोर डेस कुड्रेस (1889) का प्रयोग, यह पता लगाने के लिए कि क्या दो तार के आगमनात्मक प्रभाव तीसरे पर रोल करता है, पृथ्वी की गति की दिशा से प्रभावित होता है। लोरेंत्ज़ ने दिखाया कि यह प्रभाव कंडक्टरों पर इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज (पृथ्वी की गति से उत्पन्न) द्वारा पहले क्रम में रद्द कर दिया गया है।[E 16]
  • कोनिग्सबर्गर का प्रयोग (1905) है। संघनित्र की प्लेटें प्रबल विद्युत चुम्बक के क्षेत्र में स्थित होती हैं। पृथ्वी की गति के कारण प्लेटों को आवेशित हो जाना चाहिए था। ऐसा कोई प्रभाव नहीं देखा गया।[E 17]
  • फ्रेडरिक थॉमस ट्राउटन (1902) का प्रयोग है। एक संघनित्र को पृथ्वी की गति के समानांतर लाया गया, और यह माना गया कि जब संघनित्र को आवेशित किया जाता है तो संवेग उत्पन्न होता है। लोरेंत्ज़ के सिद्धांत द्वारा ऋणात्मक परिणाम की व्याख्या की जा सकती है, जिसके अनुसार विद्युत चुम्बकीय गति पृथ्वी की गति के कारण गति की भरपाई करती है। लोरेंत्ज़ यह भी दिखा सकता है कि इस तरह के प्रभाव को देखने के लिए तंत्र की संवेदनशीलता बहुत कम थी।[E 18]

दूसरे क्रम के प्रयोग

माइकलसन-मोरली प्रयोग ने प्रकाश के लिए समय की तुलना दो आर्थोगोनल दिशाओं में दर्पण से प्रतिबिंबित करने के लिए की है।

जबकि प्रथम-क्रम के प्रयोगों को एक संशोधित स्थिर ईथर द्वारा समझाया जा सकता है, अधिक सटीक द्वितीय-क्रम के प्रयोगों से धनात्मक परिणाम मिलने की उम्मीद थी। यद्यपि, ऐसा कोई नतीजा नहीं निकल सका।

प्रसिद्ध माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग ने अलग-अलग दिशाओं में भेजे जाने के बाद स्रोत प्रकाश की तुलना स्वयं के साथ की, चरण में इस तरह से परिवर्तन की तलाश की जिसे अत्यधिक उच्च सटीकता के साथ मापा जा सके। इस प्रयोग में उनका लक्ष्य ईथर के माध्यम से पृथ्वी की गति का निर्धारण करना था।[E 19][E 20] 1887 में उनके परिणाम का प्रकाशन, शून्य परिणाम, पहला स्पष्ट प्रदर्शन था कि ईथर परिकल्पना के साथ कुछ गंभीर रूप से गलत था (1881 में माइकलसन का पहला प्रयोग पूरी तरह से निर्णायक नहीं था)। इस मामले में एमएम प्रयोग ने एक छोटे वेग के अनुरूप फ्रिंज शिफ्ट के लगभग 0.01 के फ्रिंजिंग पैटर्न की एक पारी को जन्म दिया। यद्यपि, यह पृथ्वी के (मौसमी रूप से भिन्न) वेग के कारण अपेक्षित ईथर पवन प्रभाव के साथ असंगत था, जिसके लिए फ्रिंज के 0.4 की शिफ्ट की आवश्यकता होती, और त्रुटि इतनी छोटी थी कि मूल्य वास्तव में शून्य हो सकता था। इसलिए, अशक्त परिकल्पना, परिकल्पना कि कोई ईथर हवा नहीं थी, खारिज नहीं की जा सकती। तब से अधिक आधुनिक प्रयोगों ने संभावित मान को शून्य के बहुत करीब, लगभग 10 तक कम कर दिया है-17.

जो कुछ पहले हो चुका है, उससे यह स्पष्ट है कि पृथ्वी की सतह पर प्रकाशीय परिघटनाओं के प्रेक्षणों द्वारा सौर मंडल की गति के प्रश्न को हल करने का प्रयास करना निराशाजनक होगा।

— A. मिशेलसन और E. मॉर्ले। "पृथ्वी की सापेक्ष गति और चमकदार ईथर पर"। दार्शनिक पत्रिका S. 5. खंड. 24. नंबर. 151. दिसंबर 1887.[9]

समान लेकिन तेजी से परिष्कृत उपकरण का उपयोग करने वाले प्रयोगों की एक श्रृंखला ने शून्य परिणाम भी लौटाया। वैचारिक रूप से अलग-अलग प्रयोग जिन्होंने ईथर की गति का पता लगाने का भी प्रयास किया, ट्राउटन-नोबल प्रयोग (1903) थे,[E 21] जिसका उद्देश्य इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों के कारण मरोड़ (यांत्रिकी) प्रभावों का पता लगाना था, और रेले और ब्रेस (1902, 1904) के प्रयोग,[E 22][E 23] विभिन्न मीडिया में दोहरे अपवर्तन का पता लगाने के लिए है। यद्यपि, उन सभी ने एक अशक्त परिणाम प्राप्त किया, जैसे कि माइकलसन-मॉर्ले (MM) ने पहले किया था।

इन ईथर-विंड प्रयोगों ने ईथर को और अधिक जटिल गुणों को निर्दिष्ट करके बचाने के प्रयासों की झड़ी लगा दी, जबकि केवल कुछ वैज्ञानिकों, जैसे एमिल कोहन या अल्फ्रेड बुचेरर ने ईथर परिकल्पना के परित्याग की संभावना पर विचार किया। विशेष रुचि ईथर एंट्रेंस या ईथर ड्रैग की संभावना थी, जो माप के परिमाण को कम कर देगी, शायद माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग के परिणामों की व्याख्या करने के लिए पर्याप्त है। यद्यपि, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, ईथर ड्रैगिंग में पहले से ही अपनी समस्याएँ थीं, विशेष रूप से विपथन है। इसके अलावा, ओलिवर लॉज (1893, 1897) और लुडविग जेंडर (1895) के हस्तक्षेप प्रयोगों का उद्देश्य यह दिखाना था कि क्या ईथर को विभिन्न, घूर्णन करने वाले द्रव्यमानों द्वारा खींचा जाता है, कोई ईथर ड्रैग नहीं दिखा।[E 24][E 25][E 26] हैमर प्रयोग (1935) में एक अधिक सटीक मापन किया गया था, जिसमें दो विशाल लीड ब्लॉकों के बीच एक पैर के साथ एक पूर्ण एमएम प्रयोग किया गया था।[E 27] यदि ईथर को द्रव्यमान द्वारा खींचा जाता तो यह प्रयोग सीसे के कारण होने वाले खिंचाव का पता लगाने में सक्षम होता, लेकिन फिर से शून्य परिणाम प्राप्त हुआ। सिद्धांत को फिर से संशोधित किया गया था, इस बार यह सुझाव देने के लिए कि प्रवेश केवल बहुत बड़े द्रव्यमान या बड़े चुंबकीय क्षेत्र वाले लोगों के लिए काम करता है। यह भी मिशेलसन-गेल-पियर्सन प्रयोग द्वारा गलत दिखाया गया था, जिसने पृथ्वी के घूर्णन के कारण सैग्नाक प्रभाव का पता लगाया था (ईथर ड्रैग परिकल्पना देखें)।

पूर्ण ईथर को बचाने का एक और पूरी तरह से अलग प्रयास लोरेंत्ज़-फिट्ज़गेराल्ड संकुचन परिकल्पना में किया गया था, जिसमें कहा गया था कि ईथर के माध्यम से यात्रा से सब कुछ प्रभावित हुआ था। इस सिद्धांत में माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग विफल होने का कारण यह था कि उपकरण यात्रा की दिशा में लंबाई में सिकुड़ गया था। अर्थात्, भविष्यवाणी के अनुसार ईथर के माध्यम से अपनी यात्रा से प्रकाश प्राकृतिक तरीके से प्रभावित हो रहा था, लेकिन मापे जाने पर किसी भी अंतर को रद्द करते हुए उपकरण स्वयं भी ऐसा ही था। फिट्ज गेराल्ड ने ओलिवर हीविसाइड के एक पेपर से इस परिकल्पना का अनुमान लगाया था। ईथर के संदर्भ के बिना, सापेक्षतावादी प्रभावों की यह भौतिक व्याख्या 1932 में कैनेडी-थार्नडाइक प्रयोग थी क्योंकि उन्होंने निष्कर्ष निकाला था कि इंटरफेरोमीटर की भुजाएं सिकुड़ती हैं और इसके प्रकाश स्रोत की आवृत्ति भी सापेक्षता के लिए आवश्यक तरीके से बहुत भिन्न होती है।[E 28][10]

इसी तरह 1913 में जी. सग्नैक द्वारा देखा गया सग्नाक प्रभाव, विशेष सापेक्षता के साथ पूरी तरह से संगत होने के लिए तुरंत देखा गया था।[E 29][E 30] वास्तव में, 1925 में माइकलसन-गेल-पियर्सन प्रयोग को विशिष्ट रूप से सापेक्षता सिद्धांत की पुष्टि करने के लिए एक परीक्षण के रूप में प्रस्तावित किया गया था, यद्यपि यह भी माना गया था कि ऐसे परीक्षण, जो केवल पूर्ण रोटेशन को मापते हैं, भी गैर-संबंधित सिद्धांतों के अनुरूप हैं।[11]

1920 के दशक के दौरान, मिशेलसन द्वारा किए गए प्रयोगों को डेटन मिलर द्वारा दोहराया गया, जिन्होंने सार्वजनिक रूप से कई अवसरों पर धनात्मक परिणामों की घोषणा की, यद्यपि वे किसी भी ज्ञात ईथर सिद्धांत के अनुरूप होने के लिए पर्याप्त बड़े नहीं थे। यद्यपि, अन्य शोधकर्ता मिलर के दावा किए गए परिणामों की नकल करने में असमर्थ थे। इन वर्षों में इस तरह के मापन की प्रयोगात्मक सटीकता परिमाण के कई आदेशों द्वारा बढ़ा दी गई है, और लोरेन्ट्ज़ इनवेरियन के किसी भी उल्लंघन का कोई निशान नहीं देखा गया है। (बाद में मिलर के परिणामों के पुन: विश्लेषण से यह निष्कर्ष निकला कि उन्होंने तापमान के कारण भिन्नताओं को कम करके आंका था।)

मिलर प्रयोग और इसके अस्पष्ट परिणामों के बाद से एथर का पता लगाने के कई और प्रयोगात्मक प्रयास हुए हैं। कई प्रयोगकर्ताओं ने धनात्मक परिणाम हासिल किए हैं। इन परिणामों को मुख्य धारा के विज्ञान से अधिक ध्यान नहीं मिला है, क्योंकि वे बड़ी मात्रा में उच्च वरीयता मापों का खंडन करते हैं, जिनके सभी परिणाम विशिष्ट आपेक्षिकता के अनुरूप थे।[12]

लोरेंत्ज़ ईथर सिद्धांत

Main article: लोरेंत्ज़ ईथर सिद्धांत

1892 और 1904 के बीच, हेंड्रिक लोरेंत्ज़ ने एक इलेक्ट्रॉन-ईथर सिद्धांत विकसित किया, जिसमें उन्होंने पदार्थ (इलेक्ट्रॉनों) और ईथर के बीच सख्त अलगाव की प्रारम्भ की। उनके मॉडल में ईथर पूरी तरह से गतिहीन है, और विचारणीय पदार्थ के पड़ोस में गति में स्थापित नहीं होगा। पहले के इलेक्ट्रॉन मॉडलों के विपरीत, ईथर का विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों के बीच एक मध्यस्थ के रूप में प्रकट होता है, और इस क्षेत्र में परिवर्तन प्रकाश की गति से अधिक तेजी से नहीं फैल सकता है। 1895 में लोरेंत्ज़ के सिद्धांत की एक मौलिक अवधारणा क्रम v/c की शर्तों के लिए संबंधित राज्यों का प्रमेय था।[A 6] इस प्रमेय में कहा गया है कि चर के उपयुक्त परिवर्तन के बाद, ईथर के सापेक्ष चलने वाला एक पर्यवेक्षक आराम करने वाले पर्यवेक्षक के समान अवलोकन करता है। लोरेंत्ज़ ने देखा कि फ्रेम बदलते समय अंतरिक्ष-समय चर को बदलना आवश्यक था और भौतिक लंबाई संकुचन (1892) जैसी अवधारणाओं को पेश किया।[A 7] मिशेलसन-मॉर्ले प्रयोग की व्याख्या करने के लिए, और एक साथ सापेक्षता की गणितीय अवधारणा (1895) प्रकाश के विपथन और फ़िज़्यू प्रयोग की व्याख्या करने के लिए। इसके परिणामस्वरूप जोसेफ लारमोर (1897, 1900) द्वारा तथाकथित लोरेंत्ज़ परिवर्तन का सूत्रीकरण हुआ [A 8][A 9] और लोरेंत्ज़ (1899, 1904),[A 10][A 11] जिससे (यह लार्मर द्वारा नोट किया गया था) स्थानीय समय का पूर्ण सूत्रीकरण ईथर में चलने वाले इलेक्ट्रॉनों के समय के फैलाव के साथ होता है। जैसा कि लोरेंत्ज़ ने बाद में उल्लेख किया (1921, 1928), उन्होंने ईथर में आराम करने वाली घड़ियों द्वारा इंगित समय को सही समय माना, जबकि स्थानीय समय को उनके द्वारा एक अनुमानी कामकाजी परिकल्पना और गणितीय कला के रूप में देखा गया।[A 12][A 13] इसलिए, लोरेंत्ज़ के प्रमेय को आधुनिक लेखकों द्वारा वास्तविक प्रणाली से गणितीय परिवर्तन के रूप में देखा जाता है जो गति में काल्पनिक प्रणाली में ईथर में सुप्त हो रहा है।[B 7][B 3][B 8]

लोरेंत्ज़ के काम को हेनरी पोनकारे द्वारा गणितीय रूप से सिद्ध किया गया था, जिन्होंने कई मौकों पर सापेक्षता के सिद्धांत को तैयार किया और इसे इलेक्ट्रोडायनामिक्स के साथ मिलाने की कोशिश की थी। उन्होंने समकालिकता को केवल एक सुविधाजनक सम्मेलन घोषित किया जो प्रकाश की गति पर निर्भर करता है, जिससे प्रकाश की गति की निरंतरता प्रकृति के नियमों को यथासंभव सरल बनाने के लिए उपयोगी अभिधारणा होगी। 1900 और 1904 में [A 14][A 15] उन्होंने प्रकाश संकेतों द्वारा घड़ी के तुल्यकालन के परिणाम के रूप में लोरेंत्ज़ के स्थानीय समय की भौतिक रूप से व्याख्या की थी। जून और जुलाई 1905 में [A 16][A 17] उन्होंने सापेक्षता सिद्धांत को प्रकृति का सामान्य नियम घोषित किया, जिसमें गुरुत्व भी शामिल है। उन्होंने लोरेन्त्ज़ की कुछ गलतियों को सुधारा और विद्युत चुम्बकीय समीकरणों के लोरेन्त्ज़ सहवास को साबित किया था। यद्यपि, उन्होंने ईथर की धारणा को एक पूर्ण रूप से अपरिवर्तनीय माध्यम के रूप में इस्तेमाल किया और स्पष्ट और वास्तविक समय के बीच विशिष्ट, इसलिए विज्ञान के अधिकांश इतिहासकारों का तर्क है कि वह विशेष आपेक्षिकता का आविष्कार करने में विफल रहे थेl[B 7][B 9][B 3]

ईथर का अंत

विशेष सापेक्षता

ईथर सिद्धांत को एक और झटका लगा जब गैलीलियन परिवर्तन और न्यूटोनियन गतिकी दोनों को अल्बर्ट आइंस्टीन के विशेष सापेक्षता द्वारा संशोधित किया गया, जिससे लोरेंत्ज़ ईथर सिद्धांत के गणित को एक नया, गैर-ईथर संदर्भ मिला था।[A 18] वैज्ञानिक विचारों में अधिकांश प्रमुख बदलावों के विपरीत, विशेष सापेक्षता को वैज्ञानिक समुदाय द्वारा उल्लेखनीय रूप से तेजी से अपनाया गया, जो आइंस्टीन की बाद की टिप्पणी के अनुरूप था कि विशेष सिद्धांत द्वारा वर्णित भौतिकी के नियम 1905 में खोज के लिए परिपक्व थे।[B 10] विशेष सिद्धांत की मैक्स प्लैंक की प्रारंभिक वकालत, हरमन मिन्कोव्स्की द्वारा इसे दिए गए सुरुचिपूर्ण सूत्रीकरण के साथ, कार्य वैज्ञानिकों के बीच विशेष आपेक्षिकता की तेजी से स्वीकृति में बहुत योगदान दिया था।

आइंस्टीन ने लॉरेंट्ज के पिछले काम पर अपने सिद्धांत पर आधारित किया था। यह सुझाव देने के बजाय कि वस्तुओं के यांत्रिक गुण अपने निरंतर झुकाव गति के साथ एक अनंत ईथर के माध्यम से बदल गए, आइंस्टीन ने उन विशेषताओं को कम करने का प्रस्ताव किया जो किसी भी सफल सिद्धांत के पास सबसे बुनियादी और दृढ़ता से स्थापित सिद्धांतों के अनुरूप होना चाहिए, जो काल्पनिक ईथर के अस्तित्व से स्वतंत्र हैं। उन्होंने पाया कि लोरेंत्ज़ परिवर्तन को मैक्सवेल के समीकरणों के साथ अपने संबंध को पार करना चाहिए, और संदर्भ के जड़त्वीय फ्रेम के स्थान और समय के बीच मूलभूत संबंधों का प्रतिनिधित्व करना चाहिए। इस तरह उन्होंने प्रदर्शित किया कि भौतिकी के नियम अपरिवर्तित बने रहे जैसे कि वे गैलिलियन परिवर्तन के साथ थे, लेकिन वह प्रकाश अब भी अपरिवर्तनीय था।

आपेक्षिकता के विशेष सिद्धांत के विकास के साथ, संदर्भ के एकल सार्वभौमिक फ्रेम के लिए हिसाब करने की आवश्यकता गायब हो गई थी और एक चमकते आकाश के 19 वीं शताब्दी के सिद्धांत की स्वीकृति इसके साथ गायब हो गई थी। आइंस्टीन के लिए, लोरेन्ज रूपांतरण ने वैचारिक परिवर्तन का संकेत दिया: कि अंतरिक्ष या समय में स्थिति की अवधारणा निरपेक्ष नहीं थी, लेकिन पर्यवेक्षक के स्थान और वेग के आधार पर भिन्न हो सकती थी।

इसके अलावा, 1905 में उसी महीने प्रकाशित एक अन्य पेपर में, आइंस्टीन ने तत्कालीन-थॉनी समस्या, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर कई अवलोकन किए। इस कार्य में उन्होंने प्रदर्शित किया कि प्रकाश को उन कणों के रूप में माना जा सकता है जिनकी तरंग जैसी प्रकृति होती है। स्पष्ट रूप से कणों को यात्रा करने के लिए एक माध्यम की आवश्यकता नहीं है, और इस प्रकार, न ही प्रकाश। यह पहला कदम था जो क्वांटम यांत्रिकी के पूर्ण विकास की ओर ले जाएगा, जिसमें तरंग जैसी प्रकृति और प्रकाश की कण जैसी प्रकृति दोनों को प्रकाश के वैध वर्णन के रूप में माना जाता है। ईथर परिकल्पना, सापेक्षता और प्रकाश क्वांटा के बारे में आइंस्टीन की सोच का सारांश उनके 1909 (मूल रूप से जर्मन) व्याख्यान द डेवलपमेंट ऑफ अवर व्यूज ऑन द कंपोजिशन एंड एसेंस ऑफ रेडिएशन में पाया जा सकता है।[A 19]

लोरेन्त्ज़ ने एथर हाइपोथिसिस का उपयोग करना जारी रखा। 1911 के आसपास के अपने व्याख्यानों में, उन्होंने कहा कि आपेक्षिकता के सिद्धांत को क्या कहना है को स्वतंत्र रूप से किया जा सकता है जो कोई एथर और समय के बारे में सोचता है। उन्होंने टिप्पणी की कि कोई एथर है या नहीं, क्षेत्र निश्चित रूप से मौजूद हैं, और इसी तरह विद्युत चुम्बकीय दोलन की ऊर्जा भी है ताकि, अगर हम 'एथर' का नाम पसंद नहीं करते हैं, तो हमें इन सभी चीजों को लटकाने के लिए शंकु के रूप में एक अन्य शब्द का उपयोग करना चाहिए। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि कोई भी इन अवधारणाओं के वाहक को निश्चित सार तत्व से वंचित नहीं कर सकता है।[13][B 7]

यद्यपि यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि 5 मई, 1920 को आइंस्टीन ने लीडेन विश्वविद्यालय में एक भाषण दिया था जहां उन्होंने कहा था कि अधिक सावधानीपूर्वक प्रतिबिंब हमें सिखाता है कि सापेक्षता का विशेष सिद्धांत हमें ईथर से इनकार करने के लिए मजबूर नहीं करता है। हम ईथर के अस्तित्व को मान सकते हैं; केवल हमें इसे गति की एक निश्चित अवस्था का आरोप लगाना छोड़ देना चाहिए, यानी हमें अमूर्त रूप से इसमें से अंतिम यांत्रिक विशेषता लेनी चाहिए जो लोरेंत्ज़ ने अभी तक छोड़ी थी। हम बाद में देखेंगे कि यह दृष्टिकोण, जिसकी कल्पनीयता मैं एक बार कुछ रुकी हुई तुलना द्वारा अधिक समझदार बनाने का प्रयास करूंगा, सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के परिणामों द्वारा न्यायोचित है। और उनके भाषण के समापन पर संक्षेपण कहते हैं, हम कह सकते हैं कि सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अनुसार अंतरिक्ष भौतिक गुणों से संपन्न है; इस अर्थ में, एक ईथर मौजूद है। सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अनुसार ईथर के बिना अंतरिक्ष अकल्पनीय हैl [14]

अन्य मॉडल

Main article: एथर सिद्धांत

बाद के वर्षों में कुछ ऐसे व्यक्ति हुए हैं जिन्होंने भौतिकी के लिए एक नव-लोरेंट्ज़ियन दृष्टिकोण की वकालत की है, जो लोरेन्ट्ज़ियन है, जो कि ज्ञानहीन है और जो सिद्धांत की भविष्यवाणियों में कोई भूमिका नहीं निभाता है। (ज़ोरदार प्रयासों के बावजूद लोरेंत्ज़ सहप्रसरण के किसी भी उल्लंघन का पता नहीं चला है।) इसलिए ये सिद्धांत केवल नाम के लिए 19वीं शताब्दी के ईथर सिद्धांतों से मिलते जुलते हैं। उदाहरण के लिए, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के संस्थापक, पॉल डिराक ने 1951 में नेचर में एक लेख में कहा था, जिसका शीर्षक है क्या ईथर है? कि हम बल्कि एक ईथर रखने के लिए मजबूर हैं।[15][A 20] यद्यपि, डिराक ने कभी भी एक पूर्ण सिद्धांत तैयार नहीं किया, और इसलिए उनकी अटकलों को वैज्ञानिक समुदाय द्वारा कोई स्वीकृति नहीं मिली। इसके विपरीत, 21वीं सदी की प्रारम्भ में, डॉ. चार्ल्स केनेथ थॉर्नहिल ने एक non-singular ethereal कॉस्मोलॉजी की रूपरेखा दी, जिसमें उन्होंने गहरे द्रव्य की पहचान ईथर के रूप में की - ब्रह्मांड में व्याप्त एक माध्यम, जिसके माध्यम से जिसमें सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगें और गुरुत्वाकर्षण बल संचरित होते हैं।

ईथर पर आइंस्टीन के विचार

जब आइंस्टीन 1900 में ज्यूरिख पॉलिटेक्निक में छात्र थे, तब उन्हें एथर के विचार में बहुत रुचि थी। उनके शोध प्रबंध का प्रारंभिक प्रस्ताव यह मापने के लिए एक प्रयोग करना था कि पृथ्वी एथर से कितनी तेजी से आगे बढ़ रही थी।[16] एक तरंग का वेग लोचदार बलों के वर्गमूल के आनुपातिक है जो इसके प्रसार का कारण बनता है, और इन बलों द्वारा संचालित एथर के द्रव्यमान के विपरीत आनुपातिक है।[17]

1916 में, आइंस्टीन ने सामान्य सापेक्षता पर अपना मूलभूत कार्य पूरा करने के बाद, लोरेंत्ज़ ने उन्हें एक पत्र लिखा जिसमें उन्होंने अनुमान लगाया कि सामान्य सापेक्षता के भीतर ईथर को फिर से पेश किया गया था। अपनी प्रतिक्रिया में आइंस्टीन ने लिखा कि कोई वास्तव में एक नए ईथर के बारे में बात कर सकता है, लेकिन कोई उस ईथर के संबंध में गति की बात नहीं कर सकता है। आइंस्टीन द्वारा कुछ अर्ध-लोकप्रिय लेखों (1918, 1920, 1924, 1930) में इसे और विस्तार दिया गया था।[A 21][A 22][A 23][A 24][B 11][B 12][B 13]

1918 में आइंस्टीन ने सार्वजनिक रूप से पहली बार उस नई परिभाषा का उल्लेख किया।[A 21] फिर, 1920 के दशक की प्रारम्भ में, एक व्याख्यान में, जिसे उन्हें लीडेन में लोरेंत्ज़ विश्वविद्यालय में देने के लिए आमंत्रित किया गया था, आइंस्टीन ने लोरेंत्ज़ ईथर सिद्धांत के साथ सापेक्षता के सिद्धांत को समेटने की कोशिश की थी। इस व्याख्यान में आइंस्टीन ने जोर देकर कहा कि विशेष सापेक्षता ने ईथर की अंतिम यांत्रिक गुण: गतिहीनता को छीन लिया। यद्यपि, उन्होंने जारी रखा कि विशेष सापेक्षता आवश्यक रूप से ईथर को बाहर नहीं करती है, क्योंकि ईथर का उपयोग त्वरण और घूर्णन को भौतिक वास्तविकता देने के लिए किया जा सकता है। इस अवधारणा को सामान्य सापेक्षता के भीतर पूरी तरह से विस्तृत किया गया था, जिसमें भौतिक गुण (जो आंशिक रूप से पदार्थ द्वारा निर्धारित होते हैं) को स्थान के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है, लेकिन किसी भी पदार्थ या गति की स्थिति को उस ईथर (जिससे उनका मतलब घुमावदार स्थान-समय से है) के लिए जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता है।[B 13][A 22][18]

1924 के एक अन्य शोधपत्र में, आइंस्टीन ने तर्क दिया कि न्यूटन का निरपेक्ष स्थान, जिसमें त्वरण निरपेक्ष है, यांत्रिकी का ईथर है। और मैक्सवेल और लोरेन्त्ज़ के सिद्धांत के भीतर आप इलेक्ट्रोडायनामिक्स के ईथर की बात कर सकते हैं, जिसमें एथर की गति की एक पूर्ण अवस्था है। जहां तक विशेष आपेक्षिकता का संबंध है, इस सिद्धांत में त्वरण भी पूर्ण है जैसा कि न्यूटन के यांत्रिकी में है। यद्यपि, मैक्सवेल और लोरेंत्ज़ के इलेक्ट्रोमैग्नेटिक ईथर से अंतर इस तथ्य में निहित है कि क्योंकि ईथर में अलग-अलग स्थानों पर एक साथ राज्यों के किसी भी पूर्ण अर्थ में बोलना संभव नहीं था, ईथर बन गया, जैसा कि यह था, चार आयामी क्योंकि अकेले समय के अनुसार अपने राज्यों को व्यवस्थित करने का कोई वस्तुनिष्ठ तरीका नहीं था। अब विशेष सापेक्षता का ईथर अभी भी निरपेक्ष है, क्योंकि ईथर के गुणों से पदार्थ प्रभावित होता है, लेकिन ईथर पदार्थ की उपस्थिति से प्रभावित नहीं होता है। इस विषमता को सामान्य सापेक्षता के भीतर हल किया गया था। आइंस्टीन ने समझाया कि सामान्य सापेक्षता का ईथर निरपेक्ष नहीं है, क्योंकि पदार्थ ईथर से प्रभावित होता है, ठीक वैसे ही जैसे पदार्थ ईथर की संरचना को प्रभावित करता है।[A 23]

ईथर (चिरसम्मत तत्व) मॉडल के साथ इस सापेक्षतावादी ईथर अवधारणा की एकमात्र समानता अंतरिक्ष में भौतिक गुणों की उपस्थिति में निहित है, जिसे सामान्य सापेक्षता में जियोडेसिक्स के माध्यम से पहचाना जा सकता है। जैसा कि जॉन स्टिंग जैसे इतिहासकारों का तर्क है, नए ईथर पर आइंस्टीन के विचार 1905 में उनके द्वारा ईथर के परित्याग के विरोध में नहीं हैं। जैसा कि आइंस्टीन ने स्वयं बताया था, उस नए ईथर के लिए कोई पदार्थ और गति की कोई स्थिति जिम्मेदार नहीं हो सकती है। आइंस्टीन द्वारा ईथर शब्द के प्रयोग को वैज्ञानिक समुदाय में बहुत कम समर्थन मिला, और आधुनिक भौतिकी के निरंतर विकास में कोई भूमिका नहीं निभाई थी।[B 11][B 12][B 13]

ईथर अवधारणाएं

यह भी देखें

संदर्भ

Footnotes

  1. ↑ Young ascribed aether to caloric theory, pairing light and heat, and cited passages from Newton such as: "A luminiferous ether pervades the Universe, rare and elastic in a high degree," and:

    Is not the heat conveyed through the vacuum by the vibration of a much subtiler medium than air? And is not this medium the same with that medium by which light is refracted and reflected, and by whose vibration light communicates heat to bodies, and is put into fits of easy reflection, and easy transmission?[4]

Citations

  1. ↑ See "Google Scholar 'luminiferous ether'".
  2. ↑ The 19th century science book A Guide to the Scientific Knowledge of Things Familiar provides a brief summary of scientific thinking in this field at the time.
  3. ↑ Robert Boyle, The Works of the Honourable Robert Boyle, ed. Thomas Birch, 2nd edn., 6 vols. (London, 1772), III, 316; quoted in E. A. Burtt, The Metaphysical Foundations of Modern Science (Garden City, New York: Doubleday & Company, 1954), 191-192.
  4. ↑ Gillispie, Charles Coulston (1960). The Edge of Objectivity: An Essay in the History of Scientific Ideas. Princeton University Press. p. 408. ISBN 0-691-02350-6.
  5. ↑ Schwartz, Melvin (1987). Principles of Electrodynamics (Revised ed.). Dover Publications, Inc. pp. 106–107. ISBN 978-0-486-65493-5.
  6. ↑ Yousef, Mohamed Haj (2018-01-01). Duality of Time: Complex-Time Geometry and Perpetual Creation of Space (in English). Mohamed Haj Yousef. ISBN 978-1-5395-7920-5.
  7. ↑ "Rayleigh & Lodge on the Ether of Space - Keelynet - 06/26/00". www.keelynet.com. Archived from the original on 13 September 2017. Retrieved 30 April 2018.
  8. ↑ Oliver Lodge, "The Ether of Space" Archived 2005-08-30 at the Wayback Machine, address to the Royal Institution, 21 February 1908
  9. ↑ "Selected Papers of Great American Physicists" (PDF). www.aip.org. Archived (PDF) from the original on 15 July 2015. Retrieved 30 April 2018.
  10. ↑ They commented in a footnote: "From [the Michelson–Morley] experiment it is not inferred that the velocity of the earth is but a few kilometers per second, but rather that the dimensions of the apparatus vary very nearly as required by relativity. From the present experiment we similarly infer that the frequency of light varies conformably to the theory."
  11. ↑ The confusion over this point can be seen in Sagnac's conclusion that "in the ambient space, light is propagated with a velocity V0, independent of the movement as a whole of the luminous source O and the optical system. That is a property of space which experimentally characterizes the luminiferous aether." The invariance of light speed, independent of the movement of the source, is also one of the two fundamental principles of special relativity.
  12. ↑ Roberts, Schleif (2006); Physics FAQ: Experiments that Apparently are NOT Consistent with SR/GR Archived 2009-10-15 at the Wayback Machine
  13. ↑ Lorentz wrote: "One cannot deny to the bearer of these properties a certain substantiality, and if so, then one may, in all modesty, call true time the time measured by clocks which are fixed in this medium, and consider simultaneity as a primary concept." However, he went on to say that this was based on his conception of "infinite velocity", which according to his own theory is not physically realizable. Lorentz also admitted that the postulate of an absolute but undetectable rest frame was purely metaphysical, and had no empirical consequences.
  14. ↑ "Einstein: Ether and Relativity".
  15. ↑ Dirac wrote about his theory: "We have now the velocity at all points of space-time, playing a fundamental part in electrodynamics. It is natural to regard it as the velocity of some real physical thing. Thus with the new theory of electrodynamics we are rather forced to have an aether."
  16. ↑ Isaacson, Walter (2007). Einstein: His life and Universe. New York: Simon & Schuster. pp. 47–48.
  17. ↑ Albert Einstein's 'First' Paper (1894 or 1895), http://www.straco.ch/papers/Einstein%20First%20Paper.pdf Archived 2020-07-27 at the Wayback Machine
  18. ↑ Einstein 1920: We may say that according to the general theory of relativity space is endowed with physical qualities; in this sense, therefore, there exists an aether. According to the general theory of relativity space without aether is unthinkable; for in such space there not only would be no propagation of light, but also no possibility of existence for standards of space and time (measuring-rods and clocks), nor therefore any space-time intervals in the physical sense. But this aether may not be thought of as endowed with the quality characteristic of ponderable media, as consisting of parts which may be tracked through time. The idea of motion may not be applied to it.

External links

Wikiquote has quotations related to प्रकाशवाही ईथर.
Wikimedia Commons has media related to Luminiferous aether.
Wikisource has original text related to this article:


Cite error: <ref> tags exist for a group named "A", but no corresponding <references group="A"/> tag was found
Cite error: <ref> tags exist for a group named "B", but no corresponding <references group="B"/> tag was found
Cite error: <ref> tags exist for a group named "E", but no corresponding <references group="E"/> tag was found

Retrieved from ‘https://www.vigyanwiki.in/index.php?title=प्रकाशवाही_ईथर&oldid=252289’