Experimenty Rayleigh a Brace byly experimenty prováděné v letech 1902 a 1904, aby ukázaly, zda zkrácení délky vede k dvojlomu nebo ne. Tyto byly mezi prvními optickými experimenty, které změřily relativní pohyb Země a světélkujícího éteru , a byly dostatečně přesné, aby detekovaly veličiny druhého řádu v v / c . Výsledky byly negativní, což mělo velký význam pro vývoj Lorentzových transformací a potažmo teorie relativity . Viz také Experimentální ověření speciální teorie relativity .
Pro vysvětlení negativního výsledku Michelson-Morleyho experimentu zavedli George Fitzgerald (1889) a Hendrik Lorentz (1892) hypotézu délkové kontrakce , podle níž se tělo smršťuje při pohybu pevným éterem .
Lord Rayleigh (1902) interpretoval tuto kompresi jako mechanickou kompresi, která by měla vést k optické anizotropii materiálů, takže různé indexy lomu by měly způsobit dvojlom . Pro měření tohoto efektu umístil 76 cm dlouhou trubici na gramofon. Zkumavka byla na koncích uzavřena sklem a naplněna sirouhlíkem nebo vodou a kapalina byla mezi dvěma Nicolovými hranoly . Prostřednictvím kapaliny se světlo (vyzařované elektrickou lampou a, co je důležitější, světlem světlometů ) posílalo sem a tam. Experiment byl dostatečně přesný, aby změřil zpožděníjeden6000od poloviny vlnové délky , tedy asi 1,2⋅10-10 . V závislosti na směru vzhledem k pohybu Země bylo očekávané zpomalení způsobené dvojlomem v řádu 10 −8 , což bylo zcela v souladu s přesností experimentu. Tak, vedle experimentů Michelson-Morley a Troughton-Noble , toto byl jeden nemnoho experimentů kterým to bylo možné detekovat množství druhého řádu v v/c. Výsledek byl však zcela negativní. Rayleigh opakoval experimenty s vrstvami skleněných desek (i když se 100krát sníženou přesností) a opět dostal negativní výsledek [1] .
Tyto experimenty však kritizoval DeWitt Bristol Brace (1904). Argumentoval tím, že Rayleigh správně nezohlednil účinky komprese ( 0,5⋅10-8 místo 10-8 ) a také index lomu, takže výsledky nebyly přesvědčivé. Brace proto prováděl experimenty s mnohem větší přesností. Použil aparaturu 4,13 m dlouhou, 15 cm širokou a 27 cm hlubokou, která byla naplněna vodou a mohla se otáčet (v závislosti na typu experimentu) kolem svislé nebo vodorovné osy. Sluneční světlo bylo nasměrováno do vody soustavou čoček, zrcadel a reflexních hranolů a odrazilo se 7x, takže urazilo celkem 28,5 m. Bylo tedy pozorováno zpoždění řádově 7,8⋅10 -13 . Brace však také obdržel negativní výsledek. Další experimentální nastavení se sklem místo vody s přesností 4,5⋅10 -11 také nevykazovalo žádné známky dvojlomu [2] .
Absence dvojlomu byla Brace původně interpretována jako vyvrácení kontrakce délky. Lorentz (1904) a Joseph Larmor (1904) však ukázali, že když je hypotéza kontrakce podpořena a je použita plná Lorentzova transformace ( tj. včetně transformace času), lze negativní výsledek vysvětlit. Dále, pokud se předpokládá, že princip relativity je pravdivý od samého počátku, jako ve speciální teorii relativity Alberta Einsteina (1905), pak je výsledek zcela jasný, protože pozorovatel v rovnoměrném translačním pohybu se může považovat za klidový, a proto nezažije žádný účinek vlastního pohybu. Zkrácení délky tedy nelze měřit pohybujícím se pozorovatelem a musí být doplněno dilatací času pro nespolupracující pozorovatele, což následně potvrdily i experimenty Troughton-Rankin (1908) a experiment Kennedy-Thorndike (1932) [3] [4 ] [A 1] [A 2] .
| Experimentální ověření speciální teorie relativity | |
|---|---|
| Rychlost/Izotropie | |
| Lorentzova invariance |
|
| Dilatace času Lorentzova kontrakce |
|
| Energie |
|
| Fizeau/Sagnac | |
| Alternativy | |
| Všeobecné |
|