Класичний принцип відносності стверджував рівноправність усіх інерціальних систем. Визнання ж гіпотези ефіру вимагало такої поправки. Під час вивчення поширення світла в порожнечі ми можемо завжди виділити з-поміж інерціальних систем таку, що пов'язана з ефіром, тобто систему, де швидкість світла не залежить від напрямку й дорівнює c. Назвімо цю систему абсолютною системою відліку. Абсолютний простір, від розгляду якого ми раніше відмовилися як від беззмістовного поняття, знову набуває конкретного значення. Це такий простір, де швидкість світового ефіру дорівнює нулю.
В абсолютному просторі швидкість світла незалежно від напрямку поширення буде с. Припустімо, що Земля рухається відносно абсолютного простору зі швидкістю v. У цьому разі, якщо світло поширюється в напрямку руху Землі, його швидкість відносно Землі має бути с — v, якщо ж світло поширюється в протилежному напрямку, то його швидкість має бути c + v. Світло, що поширюється в різних напрямках, матиме відносно Землі різну швидкість. Саме на це й покладали надії Майкельсон і Морлі у своєму досліді 1887 р. При цьому вони використали особливий метод, який ґрунтувався на явищі інтерференції світла.
Світло — електромагнітні хвилі. Якщо світловий промінь розділити на два промені, що йдуть у різних напрямках, і після проходження ними певної відстані звести їх за допомогою дзеркала знову разом, може статися, що коливання променів не збігнуться: хвилі одного променя почнуть «заглушати» хвилі другого. При суміщенні обидва світлові промені можуть погасити один одного і замість світлої плями спостерігатиметься темна пляма. Проте може статися й так, що узгоджені коливання променів посилюватимуть одне одного і тоді ми спостерігатимемо яскравішу пляму (рис. 21).
Рис. 21. Інтерференційні лінії світла
Інтерференційна картина дуже чутлива навіть до найнезначніших змін умов поширення світлових променів. Досить одному з променів лише трохи сповільнити свій рух, як інтерференційна картина відразу ж досить помітно зміниться. За зміною картини можна обчислити, наскільки зменшилася швидкість світлового променя. На цьому й ґрунтувався дослід Майкельсона — Морлі (рис. 22).
Рис. 22. Схема досліду Майкельсона — Морлі
Дослід здійснювався так. Світловий промінь від джерела L падає на пластинку K, вкриту дуже тонким шаром срібла. Така пластинка наполовину відбиває промінь, що йде в напрямку до дзеркала P1, і наполовину пропускає промінь, що йде в напрямку дзеркала Р2. Обидва промені після відбиття повертаються до скляної пластинки. Промінь, що приходить від дзеркала P1, проходить крізь пластинку, промінь від дзеркала Р2 відбивається від неї. Так промені, що якийсь час ішли нарізно, знову сходяться й утворюють інтерференційну картину I. Якби швидкість світла відносно Землі була різною в різних напрямках, то під час повороту установки швидкість світла, що йде між пластинкою і дзеркалами, мала б змінитися. А це має відразу ж вплинути на інтерференційну картину. Обчислення, що передували досліду, показали, що під час повороту установки на 90° інтерференційні лінії мають зміститися більше ніж на одну третину відстані між ними. Учені ж були впевнені, що зможуть визначити зміщення навіть у тому разі, якщо воно дорівнюватиме одній сотій відстані між лініями. Отже, успіх досліду, здавалося, був наперед визначений, але трапилося щось незрозуміле. Повертаючи апаратуру в усіх можливих напрямках, експериментатори не змогли помітити жодного зміщення інтерференційних ліній. Це могло мати тільки одне пояснення: швидкість світла відносно Землі в усіх напрямках однакова. З досліду ніяк не вдавалося знайти швидкість руху Землі в абсолютному просторі (іншими словами, швидкість Землі відносно ефіру).
Сміливі експериментатори багаторазово перевіряли себе. Може, саме тоді, коли вони проводили досліди, Земля випадково перебувала в спокої відносно ефіру? У цьому разі через пів року результат мав би бути іншим. Земля обертається навколо Сонця зі швидкістю 30 км/с. Якщо в цей момент Земля перебуває в спокої в абсолютному просторі, то через пів року вона мала б рухатися зі швидкістю 60 км/с.
Через пів року дослід повторили, але знову-таки жодної зміни інтерференційної картини не виявили: швидкість світла відносно Землі була однаковою в усіх напрямках. Дослід Майкельсона — Морлі, як і попередній дослід Майкельсона (1881 р.), закінчився, здавалося б, цілковитою невдачею: швидкість Землі відносно абсолютного простору виміряти не вдалося. Надія знайти абсолютний простір виявилася нездійсненною. Але ця «невдача» була насправді великим успіхом у науці.
В абсолютному просторі швидкість світла незалежно від напрямку поширення буде с. Припустімо, що Земля рухається відносно абсолютного простору зі швидкістю v. У цьому разі, якщо світло поширюється в напрямку руху Землі, його швидкість відносно Землі має бути с — v, якщо ж світло поширюється в протилежному напрямку, то його швидкість має бути c + v. Світло, що поширюється в різних напрямках, матиме відносно Землі різну швидкість. Саме на це й покладали надії Майкельсон і Морлі у своєму досліді 1887 р. При цьому вони використали особливий метод, який ґрунтувався на явищі інтерференції світла.
Світло — електромагнітні хвилі. Якщо світловий промінь розділити на два промені, що йдуть у різних напрямках, і після проходження ними певної відстані звести їх за допомогою дзеркала знову разом, може статися, що коливання променів не збігнуться: хвилі одного променя почнуть «заглушати» хвилі другого. При суміщенні обидва світлові промені можуть погасити один одного і замість світлої плями спостерігатиметься темна пляма. Проте може статися й так, що узгоджені коливання променів посилюватимуть одне одного і тоді ми спостерігатимемо яскравішу пляму (рис. 21).
Рис. 21. Інтерференційні лінії світлаІнтерференційна картина дуже чутлива навіть до найнезначніших змін умов поширення світлових променів. Досить одному з променів лише трохи сповільнити свій рух, як інтерференційна картина відразу ж досить помітно зміниться. За зміною картини можна обчислити, наскільки зменшилася швидкість світлового променя. На цьому й ґрунтувався дослід Майкельсона — Морлі (рис. 22).
Рис. 22. Схема досліду Майкельсона — МорліДослід здійснювався так. Світловий промінь від джерела L падає на пластинку K, вкриту дуже тонким шаром срібла. Така пластинка наполовину відбиває промінь, що йде в напрямку до дзеркала P1, і наполовину пропускає промінь, що йде в напрямку дзеркала Р2. Обидва промені після відбиття повертаються до скляної пластинки. Промінь, що приходить від дзеркала P1, проходить крізь пластинку, промінь від дзеркала Р2 відбивається від неї. Так промені, що якийсь час ішли нарізно, знову сходяться й утворюють інтерференційну картину I. Якби швидкість світла відносно Землі була різною в різних напрямках, то під час повороту установки швидкість світла, що йде між пластинкою і дзеркалами, мала б змінитися. А це має відразу ж вплинути на інтерференційну картину. Обчислення, що передували досліду, показали, що під час повороту установки на 90° інтерференційні лінії мають зміститися більше ніж на одну третину відстані між ними. Учені ж були впевнені, що зможуть визначити зміщення навіть у тому разі, якщо воно дорівнюватиме одній сотій відстані між лініями. Отже, успіх досліду, здавалося, був наперед визначений, але трапилося щось незрозуміле. Повертаючи апаратуру в усіх можливих напрямках, експериментатори не змогли помітити жодного зміщення інтерференційних ліній. Це могло мати тільки одне пояснення: швидкість світла відносно Землі в усіх напрямках однакова. З досліду ніяк не вдавалося знайти швидкість руху Землі в абсолютному просторі (іншими словами, швидкість Землі відносно ефіру).
Сміливі експериментатори багаторазово перевіряли себе. Може, саме тоді, коли вони проводили досліди, Земля випадково перебувала в спокої відносно ефіру? У цьому разі через пів року результат мав би бути іншим. Земля обертається навколо Сонця зі швидкістю 30 км/с. Якщо в цей момент Земля перебуває в спокої в абсолютному просторі, то через пів року вона мала б рухатися зі швидкістю 60 км/с.
Через пів року дослід повторили, але знову-таки жодної зміни інтерференційної картини не виявили: швидкість світла відносно Землі була однаковою в усіх напрямках. Дослід Майкельсона — Морлі, як і попередній дослід Майкельсона (1881 р.), закінчився, здавалося б, цілковитою невдачею: швидкість Землі відносно абсолютного простору виміряти не вдалося. Надія знайти абсолютний простір виявилася нездійсненною. Але ця «невдача» була насправді великим успіхом у науці.