Michelson-Morleyの 実 験

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光　は　19 世 紀　頃 まで 宇 宙 に 充 満 する エーテル を 媒 体 として 伝 搬 すると考えられていました。

マイケルソン・モーリーの実験 （英 Michelson-Morley experiment） は、

1887年にアルバート・マイケルソン と エドワード・モーリーによって行なわれた実験である。ニュートン力学では、

運動する物体の見かけ上の速度は、観測者の運動の速度に依存する。例えば、同じ速さで同じ方向に進む

二台の自動車は、互いに止まっているように見える。このことは光の運動にも適用できると考えられた。

そこで、見かけ上の光の速さは光の向きに依存する、ということを確かめることがこの実験の目的であった。

しかし結果として、光 の 速さは進行方向 に 依存しない ことが　確 認 された

この実験は現在のケース・ウェスタン・リザーブ大学で行われ、物理学史において重要な役割を果たした。

この実験は、エーテル理論を初めて 否 定 したものとして知られている。

同時に、「第二次科学革命の理論面の端緒」ともされている[1]。

マイケルソンは、この 業 績 により 1907年 に ノーベル 賞 を 受 賞 した

光 はエーテルに乗って伝播するのだから、順風の時に速く、逆風の時に遅く伝わるはずである。従って、

異なる方向や時刻について 光の速さ を調べることで、地球 の エーテル に対する 相 対 運 動 を知ることが

　　できると考えられた。


　　　　　　





　　　実 験 装 置　

光 源 から出た白色光線はハーフミラーを通り、二つの互いに垂直な光線 に分割される。それぞれの光線は、

しばらく進んだ後に鏡で反射され、中央に戻ってくる。そして検出器の上に重ね合わせると、それぞれの光線が

光源を出てから検出器に到達するまでに費した時間に応じて、干 渉 が起こる。光線が費した時間が僅かでも

変化すると、干渉縞の位置が動くはずである。

もしエーテルの風 が地球の自転にのみ由来するのであれば、風向きは12時間ごとに反転する。

また、一年を通しても、半年ごとに風向きが変化しなければならない。この風向きの変化は、干渉縞の移動

として検出されるはずである。これは、川を行く船の例で考えることができよう。

船はスクリューにより時速 50 kmの速さを得ることができ、川は時速 5 kmで流れているとする。

このとき、川を横切るように 10 km の距離を往復するならば、少し下流に流されることを気にしなければ、

0.4時間で帰ってくることができる。

しかし、上流から下流 10 km の地点までを往復するならば、行きは 0.182 時間、帰りは 0.222 時間要するので

合計で0.404 時間 かかる。同様に考えて、エーテルの風に対し垂直に進む光線に比べ、平行に進む光線は、

往復に僅かばかり長い時間を要する。

すなわち、エーテルの風向きによって干渉縞が移動するのである。実験は、エーテルの流れが太陽 から見て

止まっていると仮定し、地球 の運動により引き起こされる干渉縞の移動の測定を目的として行われた。

マイケルソンは1881年にいくつかの実験を行った。予想された干渉縞の移動が、縞の間隔を1として0.04であった

のに対し、検出されたのは最大で0.02であった。しかし、彼の実験装置は試作品であり、実験誤差が大きかった

ために、エーテルの風について結論を出すことはできなかった。エーテルの風を測定するためには、

さらに高精度な実験を行う必要があった。

とはいえ、この試作品は、実験手法の有効性を示すには十分であった。

そしてマイケルソンはモーリーと共に改良型の装置を作成し、干渉縞の移動を検出するのに十分な精度を

得ることに成功した。彼らの実験では、光は何度も反射されてから検出器に到達するため、光が移動する

長さは 11 m に及んだ。このため、予想される干渉縞の移動は0.4であった。検出を容易にするため、この装置は

石造りの建物の地下室に配置され、熱や振動の影響は最小に抑えられた。振動を抑えるための工夫として、

装置は大理石の 巨大 なブロック の上 に置かれ、そのブロックは水銀 のプールに浮かべられた。

彼らの計算によれば、振動による影響は、期待される干渉縞の移動の100分の1以下であった。

水銀のプールには別の利点もあった。すなわち、装置の向きを容易に変えることができたのである。

向きを変えながら 実験 を繰り返すことにより、エーテルの 「風 向き」 を　　検出することができたのである。













　 　

　　　　　　マイケルソン　　　　　　　　　　　　　　実 験 装 置 の イラスト



　

　　　　　　　　　　　　　　　　Youtube　では　音 声 つき 解 説　です



　　　

　　　　　　　　　　 　　実 験 装 置 の 動 作 説 明


　　　
　　　　　　　　　　　　　　　先 に、計 算 値　を　挙 げて　おきます

　　　　　　　　　光 速 度 = c = 30万 km/s　　　　地 球 の 公 転 速 度 = v = 30 km/s　　

　　　　　　　　　x 軸　ミラー 　　M1　　　　　　　y　軸　ミラー　　M2　

　　　　　　　　　中 央 の 半 透 明 の ミラー 　M0 　と　 M1　・　 M2　とのそけぞれ の 距 離　l = 10 m

　　　　　　　　　光 が ミラー 間を 往復する時間　　　M0 ⇔ M1 = t1　　 M0 ⇔ M2 = t2　　とする


　　　　　　　　　　t1 = l / (c - v) + l / (c + v) = 2c l / (c2 - v2)

　　　　　　　　　t2 = 2 l / √(c2 - v2)　　　　　　 ⊿ t = t1 - t2 = l / c 【 (v / c) 2　】 = l v 2 / c 3

　　　　　　　　　　　　　⊿ t = 10 m / 30 km/s 【 (30 km / 30 万 km) 2 / s2　】

　　　　　　　　　　　　　　この 計 算 式 は 相 対 速 度 に 従ったものである　


　　　　　　　　　　　両 光 線 の間 には 位 相 差 が生じ 干 渉 縞 ができるはずである。

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　　　　　★　　　追　加　　　　　光 の 干 渉　　　　2015－11－24

　　　　　　　　　　　　　　　　　


　　　　　

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　　　　　　　　　　実験結果 は 予 想 に反して 位 相 差 のない　こと を 確 か め　ました。

　　　　　　　　　　すなわち　【 エーテル に対する 地 球 の 運 動 は見いだされなかった 】

　　　　　　　　　　　　　　　エーテル 説 が 否 定 された

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マイケルソンはエーテルの流れを検出するに十分な精度を得られる実験方法を考案した。

これは今日 干渉計 と呼ばれる装置である。

まず、光 源 から出た白色光線はハーフミラーを通り、二つの互いに垂直な光 線 に分割される。

光 線 は、しばらく進んだ後に鏡で反射され、中央に戻ってくる。そして検出器の上に重ね合わせると、

それぞれの光 線 が 光 源 を出てから検出器に到達するまでに費した時間 に応じて、干 渉 が起こる。

光 線 が費した時間 が僅かでも変化すると、干渉縞 の位置 が動くはずである。

もしエーテルの風が 地 球 の自転にのみ由来するのであれば、風 向 き は12時間ごとに反転する。

また、一年を通しても、半年ごとに風 向 きが変化しなければならない。この 風 向 き の変化は、

干渉縞 の移動として検出されるはずである。これは、川 を行く 船 の例で考えることができよう。

船 はスクリューにより時速 50 kmの速さ を得ることができ、川 は時速 5 kmで流れているとする。

このとき、川 を横切る ように10 kmの距離 を往復するならば、少し下流に流されることを気にしなければ、

0.4時間で帰ってくることができる。しかし、上流から下流10 kmの地点までを往復するならば、行きは0.182時間、

帰りは0.222時間要するので、合計で0.404時間かかる。同様に考えて、エーテルの風に対し垂直に進む光線に

比べ、平行に進む光線は、往復に僅かばかり長い時間を要する。すなわち、エーテルの風向きによって干渉縞が

移動するのである。実験は、エーテルの流れが太 陽 から見て止まっていると仮定し、地 球 の運動により引き

起こされる干渉 縞 の移動の測定を目的として行われた。

マイケルソンは1881年にいくつかの実験を行った。予想された干渉縞の移動が、縞の間隔を1として0.04で

あったのに対し、検出されたのは最大で0.02であった。しかし、彼の実験装置は試作品であり、実験誤差が

大きかったために、エーテルの風について結論を出すことはできなかった。エーテルの風を測定するためには、

さらに高精度な実験を行う必要があった。とはいえ、この試作品は、実験手法の有効性を示すには

十分であった。

そしてマイケルソンはモーリーと共に改良型の装置を作成し、干渉縞の移動を検出するのに十分な精度を得る

ことに成功した。彼らの実験では、光は何度も反射されてから検出器に到達するため、光が移動する長さは

11 mに及んだ。このため、予想される干渉縞の移動は0.4であった。検出を容易にするため、この装置は石造りの

建物の地下室 に配置され、熱や振動の影響は最小に抑えられた。振 動 を抑えるための工夫として、

装置は大理石の巨大なブロックの上に置かれ、そのブロックは水銀 のプールに浮かべられた。

彼らの計算によれば、振動による影響は、期待される干渉縞の移動の100分の1以下であった。

水 銀のプールには別の利点もあった。

すなわち、装 置 の 向 き を容易に変える ことができたのである。向きを変えながら

実 験 を繰り返すことにより、エーテル の 「風 向 き」 を検出することができたのである。




　　　　　　　　　【 マイケルソン ・ モーレ の 功 績 ・ 業 績　】


　　　★　　「マイケルソン・モーリーの実験」 は 「エーテル」 の存在を確認 できるかの実験です。光 の伝播物質

として「エーテル」という概念があったのですが、彼らの実験では、「エーテル」が存在するなら光 の 干渉 縞 の

移動が観測されるはずなのに、全く観測されない・・つまり 「エーテル」の 存在が否定された事になります。

そして「光の速度はエーテルに影響される」 という事が否定され、「光速度不変」の根拠となりました。

これが後に アインシュタイン の 特種相対性 理論 につながるわけです。


　　　★　　物理学史 において 重 要 な 役 割 を果たした

　　　　　　　この 実 験 は、エーテル 理 論 を初めて 否 定 したものとして知られている。

　　　　　　　同時に、「第二次科学革命 の 理 論 面 の 端 緒」 ともされている[

 　　　　　　　ローレンツ　収 縮 の 大 胆 な 仮 説　　　　　　【 高 速 で 移 動する 物 体 は 収 縮 する 】

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Lv = L0 √(1 - v2/c2)

　　　　　　　更 に、 アインシュタイン の 【 相 対 性 理 論 】 へとつながる
　　　★　　マイケルソン　は この 実験 結果 の 功 績 により、　1907 年　ノーベル　賞　を 受 賞 した


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　　　　　　　　　電 磁 気 学　二村忠元　著　(S 47-9 発行)　　　　恩 師　東北大　教 授

　　　　　　　二村　先生　の　還 暦　祝 賀 会　に　参 加 の 際 に 記 念 として 頂 き ました











　　　　　地 球 の 公転速度　v = 30 km/s 　　図 の　x　軸 方向 とする　　光 速 = 30万 km/s

　　　　　半透明　ミラー　と　　M1　　および　　 M2　の 距 離　L　は 同 じ

　　　　　　光 が M1　を 往復する時間 　　　t 1 = L / (c - v) + L / (c + v) = 2c L / (c2 - v2)

　　 　　　光 が M2　を 往復する時間　　 　t 2 = 2 L / (√c2 - v2)

　　　　　　　　　　t 2 = 2 L / c　ではないかと　思っておりました

　　　　　　最 近、知 り ました

　　　　　　　　t 1　は　船　が　川 を 上り、下り　する　時 間

　　　　　　　　t 2　は　船　が　川 を　横切 る　時 間　　　　　　と　同 じ　現 象

　　　　　　座 標　が　x　軸　方向 に　速 度　v 　で 移 動 していることに 気づき ませんでした。

　　　　　　　　　　　　　　　　　ひとり　苦 笑 い　です


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出　典　　Yahoo 　Wikipedia　 Youtube
　　　　　　電磁気学　二村忠元　著
　　　　　　　　　　　恩 師　東北大　教授

地 球 は 太 陽 の周りを 秒速 30 km で 　　公 転 しております。

そして 宇 宙 には エ-テルの風 が吹い て 　いると考えられておりました。