L'expérience de Michelson-Morly

Il est connu que la lumière se manifeste dans des phénomènes différents tantôt comme une particule, tantôt comme une onde (l’opinion sur la dualité onde-particule n'a aucun rapport à la question considérée). Au début supposons la nature corpusculaire de la lumière. Alors, le modèle de l'interféromètre de Michelson-Morly peut être présenté en forme des deux bras avec un réflecteur idéal au centre de l'installation et avec deux réflecteurs au bouts des bras (Figure 3.1).

Figure 3.1: Le modèle corpusculaire de l'expérience de Michelson.

Supposons que deux particules se déplaçant l'une parallèlement à l’autre avec la vitesse ${\bf v}_1$ (par rapport "au système mondial de référence"), entrent dans l'installation qui se déplace elle-même avec la vitesse ${\bf V}$ (par rapport au même système de référence), avec cela $v_1>V$. Alors dans le point $O_1$ la vitesse des particules par rapport à l’installation sera $v_1-V$. Après la réflexion au centre de l'installation, la particule 1 se déplacera dans la même direction perpendiculaire avec la même (de module) vitesse $v_1-V$ par rapport à l'installation. Les particules se refléteront simultanément des bouts des bras. Elles atteindront aussi simultanément le point $O$ et le point $O_1$. Aucune différence des vitesses de ces deux particules pour deux directions perpendiculaires ne sera observée sans dépendance des vitesses $v_1$ et $V$. Donc, si on considère la lumière comme un flux de particules, les expériences Michelson-Morly (Kennedy-Tornedayk, de Tormachek, de Bontche-Brouev et de Molchanov et d'autres) n'ont pu donné aucun résultat positif.

Supposons maintenant la nature ondulatoire de la lumière. Dans ce cas la vitesse de la lumière ne peut dépendre que des particularités du milieu (de l'éther ou du vide) et/ou les caractéristiques intérieures de la lumière diffusante elle-même. Si on accepte l'hypothèse de l'existence de l'éther, la vitesse de la lumière ne dépend que des particularités de ce milieu (par analogie avec le son). Alors il est évident que la vitesse de la lumière ne peut pas être additionnée à la vitesse du mouvement de la source (le bruit d'une avion supersonique se diffuse avec une vitesse constante, fixée par le milieu, et en résultat l'avion dépasse le son). De plus, comme la lumière coopère et avec la matière (se diffuse ou s'absorbe), et avec l'éther (s'y diffuse), on devra observer l'interaction de l'éther avec la matière. Mais l'interprétation relativiste de l'expérience de Michelson-Morly est quelque chose d'incroyable: le "raccordement" stricte de la lumière à l'éther avec l'absence complète de l'interaction de l'éther avec des corps (sans l'engagement de la Terre, de l'installation). Il est naturel que dans le cas de l'engagement partiel de l'éther (pour une série d'expériences locales dans une couche étroite de frontière l'engagement de l'éther peut être presque complet) la théorie devient plus compliquée. Pourtant cela ne démentit point l'hypothèse de l'éther (et les relativistes proposent agir comme dans l'anecdote consacrée à un ivrogne près d'un réverbère: ne pas chercher là où on peut trouver, mais là où il est plus facile de chercher). Nous allons brièvement parler de la conception d'éther ci-dessous et pour le moment nous n'allons nous appuyer que sur le principe classique de la relativité dans le vide, parce qu'il n’est pas important, s'il s'agit du vide ou de l'éther, ni pour tous les paradoxes de la TRR et ni pour les conclusions de ce livre.

Si la lumière représente une onde, la vitesse de la source ne change que la fréquence. Alors pour la fréquence donnée $\omega$ la vitesse de la lumière $c(\omega)$ ne dépend pas de la vitesse de la source. Il s'agit ici d'un fait suivant: les ondes de lumière de la même fréquence sont identiques; et si nous percevons la lumière de la fréquence $\omega$, il est peu important si elle est émise par une source avec cette même fréquence ou avec la fréquence $\omega_1$, et à la suite du mouvement de la source la fréquence a changé $\omega_1\rightarrow\omega$ (l'effet Doppler). Dans les deux cas la grandeur mesurée $c(\omega)$ sera la même.

Revenons maintenant aux expériences de Michelson-Morly et d'autres. Comme la lumière incidente, la lumière ayant passée à travers une plaque fine, et la lumière, reflétée des miroirs, avaient la même fréquence dans le même système de référence, la vitesse de la lumière $c(\omega)$ restait constante pour les deux directions perpendiculaires, et les expériences ne pouvaient rien détecter. L'expérience de Toisson avec deux lasers identiques n'a pu rien détecter non plus, parce qu'avec la réunion des rayons dans la même image (en même direction) les fréquences deviennent identiques, il n’y aura aucuns battements réguliers. Donc, la tentative de trouver les changements de la vitesse de la lumière lors des expériences avec la seule fréquence fixée n'est pas vraie au fond. La seule dépendance que l'on peut essayer de trouver est $c(\omega)$: toutes les autres dépendances ne peuvent être introduites que par l'intermédiaire de l'effet Doppler.

Aux objectifs méthodiques considérons certaines fautes vraisemblables tirées des manuels. Quand "du point de vue classique" on part de l'hypothèse immobile et impossible d'être engagé, on dessine d'habitude un schéma étrange [35] pour le calcul de la différence des temps de la marche des rayons dans l'interféromètre de Michelson. Pour ce schémas la loi de la réflexion n'existe pas: l'angle de chute n'est pas égal à l'angle de réflexion (Figure 3.2).

Figure 3.2: Le schémas de l'interféromètre.

Cela contredit aux expériences. Au moins il est nécessaire de déterminer le mécanisme d'une telle réflexion et de déterminer son influence sur l’expérience (on pourrait le faire en supposant l'addition de la vitesse de la lumière avec la vitesse du miroir de l'interféromètre selon les lois classiques). Il n'est pas claire non plus, comment trouver l'angle, assurant l'interférence du même rayon. Vu que le seul observateur se déplaçant avec l'interféromètre, enregistre toutes les données, en réalité il faut analyser l'expérience notamment du point de vue de cet observateur [50].

La synchronisation du temps selon la méthode d'Einstein apporte des limites artificielles même dans les données des expériences. Il est évident qu’à cause de la convertibilité du mouvement relatif ($-{\bf v}+{\bf v}=0$) le seul effet impair peut exister pour la dépendance de la vitesse de la lumière de la vitesse du mouvement du système. Cependant on essaye de déterminer la vitesse de la lumière comme une vitesse moyenne des deux directions contraires (par un trajet en boucle fermée). Par conséquent, l'unique dépendance linéaire classique de la vitesse du mouvement du système s'exclut mutuellement. Donc, une telle approche supplante le postulat de l'invariance de la vitesse de la lumière, qu'il faudrait vérifier expérimentalement.

L'expérience de Michelson-Morly et ses analogies ne contredisent pas au principe de Galilée et du poins de vue de l'espace vide, elle a été considérée ci-dessus. Considérons maintenant l'idée initiale des expériences du point de vue des conceptions d'éther. Notons qu'il est toujours possible de corriger un peu le coefficient de l'engagement Frenel, pour que les expériences du 1-er et du 2-em degrés se confirment à l'exactitude pratique. A vrai dire, dans les expériences de Michelson et dans ses analogies (malgré les débats sur la structure de l'appareil et de la théorie) on recevait toujours, en prenant en compte des fautes éventuelles, la vitesse du vent d'éther inégale à zéro [94,95]. Marinov [90,91], Silvertus [115] ont trouvé la vraie vitesse par rapport à m'émission de vestige. Et seulement avec la protection d'un capot métallique le résultat était proche à zéro. Sans accepter absolument la théorie de l'éther, néanmoins pour être objectif rappelons-nous qu'aujourd'hui tous les appareils sont exposés à l'évacuation (on les transforme en système localement fermé). Mais la vitesse locale de la lumière dans le salon d'un avion, par exemple, reste constante (ne dépend pas du vent à l'extérieur) même lors du mouvement supersonique de l'avion. Le point de vue d'éther ne contredit pas aux résultats: l'engagement de Frenel pour les corps métalliques est absolu (l'électrodynamique de Hertz est valable pour les métaux), c'est-à-dire l'éther est au repos par rapport à l'appareil (localement) à l'intérieur du capot métallique il est absurde d'y chercher le vent d'éther. Les relativistes passent sous silence d'habitude encore une question. Même sans protection métallique; la plus fine plaque de verre (ou d'air dans les expériences initiales) suffit pour qu'on ait besoin d'enregistrer la rémission de la lumière par ces éléments localement au repos. Alors, la vitesse réellement observée dans la conception d'éther doit être notoirement moins considérable que la vitesse du mouvement de la Terre en orbite. Donc, l'expérience Michelson-Morly ne témoigne pas en faveur de l'invariance de la vitesse de la lumière et ne démentit aucun des principes classiques.