Aan het eind van de 19e eeuw werd er veel gesproken over het bestaan van de zogenoemde etherwind. Het bestaan van de etherwind was noodzakelijk om de theorie van James Clerk Maxwell (1831-1879) over elektromagnetisme kloppend te maken. Met behulp van een experiment met een interferometer wilden ze het bestaan van een "ether" als medium voor lichtgolven aantonen. Aangezien de aarde door die ether beweegt, zou de lichtsnelheid van lichtgolven ten opzichte van de ether dus verschillend moeten zijn naargelang de aarde met de ether mee of er tegenin draaide. We volgen hieronder de gedachte van Edward Morley (1838 - 1923) en Albert Michelson (1852 - 1931).
Etherwind bestaat!
Hier is een schematische opstelling van de proef.
De bol links stelt een lichtbron voor die licht uitzendt op een halfverzilverde spiegel. Deze heeft de eigenschap dat hij ook licht doorlaat en niet alles afkaatst. Het licht dat door deze spiegel S komt, gaat naar spiegel B en kaatst weer terug. De lengte van dit stuk is l. Mocht het licht wel weerkaatsen, dan gaat het naar spiegel A over eenzelfde afstand l, waar het weer terugkaatst en samen met het licht uit spiegel B naar de waarnemer gaat. Als deze constructie stilstaat, v = 0, moet het licht natuurlijk even snel aankomen. De afstand is namelijk hetzelfde. Maar het toestel wordt in constante beweging gebracht over SB (over een denkbeeldige x-as) met snelheid v. Het licht van S naar B krijgt te maken met etherwind en vertraagt met c – v. Op de terugweg heeft het dus de etherwind mee, en dan wordt de snelheid c + v.
Bekijk ook eens de volgende simulatie:
Je kunt zelf de snelheid van de etherwind regelen.
Verschil in tijd?
Wij gaan nu berekenen hoeveel het verschil in tijd is. De tijd, aangegeven met t1, om van spiegel S naar B te gaan en terug te komen is...
Nu gaan we kijken wat de tijd is om van A naar S te komen en terug. Hier zal de tijd langer zijn, omdat de spiegels verplaatsen en het licht dus schuin gaat. Dit ziet er ongeveer zo uit:
...waarin S 1, S 2 en S 3 de spiegel S voorstelt in beweging, hetzelfde geldt voor A. De afstand van S 1 tot S 2 is de simpelweg de helft van S 1 tot S 3 en dus 0,5vt2, waarin t2 de tijd, waarin het licht de afstand A tot S aflegt. Deze gaan we nu berekenen met de stelling van Pythagoras:
Hier dus de wortel van en dat maal 2 (het licht moet ook nog terug), maakt...
Omdat we nu de afstand hebben en ook de snelheid (c), kunnen we t2 berekenen, namelijk...
Als we t2 vergelijken met t1, vinden we...
t2 is dus alleen t1, wanneer v=0.
Etherwind bestaat niet!
Toch komt uit iedere meting t2 = t1 ! Men kon dus geen beweging ten opzichte van de ether vaststellen. De Nederlander Hendrik Antoon Lorentz kwam tot de conclusie dat er een soort samentrekking van het voorwerp in de bewegingsrichting moest zijn, namelijk...
Omdat de afstand zou inkorten, zou het licht hem in dezelfde tijd kunnen afleggen.
Aan het einde van de 19e eeuw werd aangenomen dat de wetten van Maxwell over elektromagnetisme alleen golden als er zoiets als etherwind bestond: het medium waardoor het licht verondersteld werd zich voort te planten. Het experiment van Michelson en Morley in 1887, dat bedoeld was om de snelheid van de aarde door de ether te meten, kwam uit op een snelheid van nul. Zodoende kon de aanwezigheid van deze ether niet worden vastgesteld en werden er alternatieve verklaringen gezocht door Hendrik Antoon Lorentz en anderen. Dit leidde uiteindelijk tot de speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein. Hierin werd de afwezigheid van een absoluut ruststelsel (ether) gepostuleerd en waren de Maxwellvergelijkingen in elk inertiaalstelsel hetzelfde.
Bron: wikipedia.
Overal te bewonderen
De factor gamma, zoals men deze noemt, duikt overal weer op in de speciale relativiteitstheorie en is fundamenteel voor de relativistische rekenkunde.
