چرا سرعت نور ثابت است ؟
علت اینکه سرعت نور ثابت است چه می باشد ؟
همیشه در دوران تحصیل شنیده‌ایم که نور دارای سرعتی ثابت است، اما ممکن است هرگز به اینکه چرا این‌گونه است، فکر نکرده باشیم. در اینجا ما در تلاش هستیم تا دلیل این مسأله را با استفاده از نظریات و آزمایشات انجام شده توضیح دهیم. بررسی چیزی به نام نیستی، از زمان‌های دور موضوع تحقیق علمی بوده و دانشمندان سعی می‌کردند نشان دهند که هیچ چیزی در جهان واقعاً خالی از ماده نیست و برای هر پدیده عجیب در طبیعت نظریاتی ارائه می‌کردند، گاهی اوقات این نظریات تا حدی حدس و گمان بودند.
عبور نور از خلاء (محیط بدون هوا) همیشه یکی از مسائلی بوده که دانشمندان نتوانسته بودند پاسخ آن را پیدا کنند؛ مثلاً وقتی که یک زنگ ساعت را درون یک شیشه خالی از هوا (خلاء) قرار می‌دهند، صدای زنگ را نمی‌شنوند اما می‌توانند ساعت را ببینند. این سوال مطرح می‌شود که چرا نور از خلاء عبور می‌کند؟ چه چیزی باعث عبور نور از این محیط خالی می‌شود؟
آنها می‌دانستند که ذرات هوا صوت را منتقل می‌کنند و چون در خلاء هوایی وجود ندارد، صدای زنگ ساعت را نمی‌توانند بشنوند. حال سوال اصلی این است که چه چیزی نور را حمل می‌کند؟
اوایل قرن نوزدهم، تعدادی از دانشمندان چیزی به نام «اتر» را معرفی کردند. اتر، نوعی ماده گازی بود که فکر می‌کردند کل فضا را پر کرده و نور را منتقل می‌کند. به این دلیل که نور به صورت موجی است، تصور می‌شد که اتر نور را در جهات مختلف جابجا می‌کند. نظریه اتر وجود خلاء را رد می‌کرد و نشان می‌داد که چیزی به نام نیستی در جهان وجود ندارد زیرا اتر تمام کائنات را احاطه کرده است.
در آن زمان، افراد کمی بودند که جرأت می‌کردند به بررسی این ماده ناشناخته و غیرقابل مشاهده یعنی اتر بپردازند. اما چند سال بعد، دانشمندی از آمریکا به نام آلبرت مایکلسون که به شناخت اتر علاقه داشت، شروع به تحقیق در این زمینه کرد.
آلبرت مایکلسون همواره در فکر این بود که اگر سرعت نور را با دقت بالا اندازه‌گیری کنیم، آیا می‌توانیم ویژگی‌های اتر را بهتر بشناسیم؟ او می‌خواست اتر را به گونه‌ای ملموس و تجربی احساس کند و در سال 1881 با ساخت ابزارهای دقیق در مدرسه علوم کاربردی کلیولند، آزمایش‌های خود را آغاز کرد و در سال 1887 با آزمایش مشهور مایکلسون-مورلی این تحقیق را به پایان رساند و با اندازه‌گیری دقیق سرعت نور، به عنوان اولین آمریکایی، موفق به کسب جایزه نوبل شد. حال سوال این است که این آزمایش چه بود؟
در سال 1887، مایکلسون به همراه همکارش ادوارد مورلی آزمایشی را طراحی کردند که به این صورت بود: آنها یک منبع نور، یک پرتو شکن، دو آینه (یکی در پشت پرتو شکن و یکی دیگر در مجاورتش) و یک آشکارساز روی یک صفحه قرار دادند و برای اطمینان از دقت بالا و جلوگیری از لرزش در حین آزمایش، صفحه را درون یک شیشه خالی از هوا و داخل استخری از جیوه قرار دادند.
روش اجرای آزمایش به این صورت بود که وقتی منبع نور یک باریکه نوری را تولید می‌کرد، این نور به پرتو شکن برخورد می‌کرد و به دو قسمت تقسیم می‌شد و هر قسمت به سمت آینه‌ها می‌رفت. پس از برخورد به آینه‌ها، نورها بازتاب می‌شوند و به سمت پرتو شکن برمی‌گردند و دو باریکه نور با هم ترکیب شده و به سمت آشکارساز می‌روند و نقاط روشن بر روی پرده مشاهده می‌شود.
نتیجه این آزمایش برای مایکلسون بسیار شگفت‌آور بود؛ زیرا ظهور یک نقطه روشن به این معنا بود که دو باریکه نور همزمان به آشکارساز رسیده‌اند، در حالی که این با نظریه اتر مغایرت داشت. چون اتر به عنوان نوعی سیال در تمام جهات تصور می‌شد و اگر واقعاً این‌گونه بود، دو باریکه نباید به طور همزمان به آشکارساز می‌رسیدند. طبیعتاً باریکه‌ای که در همان جهت حرکت اتر بود باید زودتر از باریکه‌ای که در خلاف جهت حرکت اتر بود، می‌رسید و در نتیجه باید به جای نقاط روشن، نقاط تاریک در آشکارساز مشاهده می‌شد.
مایکلسون و مورلی چندین بار آزمایش خود را تکرار کردند ولی هیچ تغییری در نتایج مشاهده نکردند. آنها فکر کردند که موفق نشده‌اند، اما در واقع، آزمایش آنها شکست نکرده بود؛ بلکه چیزی به نام اتر اصلا وجود نداشت!
چند سال بعد از این آزمایش، آلبرت انیشتین نشان داد که اتر با نظریه نسبیت خاص او سازگار نیست. در این نظریه، انیشتین بر این باور بود که سرعت نور ثابت است و به حرکت ناظر یا منبع نور وابسته نمی‌باشد. این نظریه نشان‌دهنده تأیید آزمایش مایکلسون-مورلی بود.
بدون تردید، این آزمایش یکی از مهمترین آزمایش‌ها در تاریخ فیزیک به شمار می‌آمد زیرا اندازه‌گیری دقیق سرعت نور و فهم درباره خلاء، منجر به کشفیات شگرفی در آینده مانند اشعه ایکس و الکترون شد و مسیر پذیرش نظریه نسبیت خاص انیشتین در سال ۱۹۰۵ را هموار کرد. بسیاری از این پیشرفت‌ها را می‌توان مدیون آزمایش مایکلسون-مورلی دانست. احتمالاً آزمایش آلبرت مایکلسون مهمترین آزمایشی بود که تاکنون در تاریخ علم انجام شده است.
