náhled|vpravo|upright=1.3|Obrázek 1. Ivesův–Stilwellův experiment (1938). „Kanálové paprsky“ (směs iontů H2+ a H3+) byly urychlovány mezi deskami s napětím od 6 788 do 18 350 voltů. Paprsek i jeho odražený obraz byly sledovány současně pomocí dutého zrcadla vychýleného o 7° od osy paprsku. náhled|upright=1.3|Obrázek 2. Disperzním prvkem spektrografu byla difrakční mřížka. Světlo ze štěrbiny bylo kolimováno čočkou o ohniskové vzdálenosti pěti stop na mřížku a následně zaostřeno na fotografickou desku. Celý aparát byl umístěn v místnosti s teplotou regulovanou na 0,1 °C.
Ivesův–Stilwellův experiment byl fyzikální pokus provedený v roce 1938 Herbertem Ivesem a G. R. Stilwelllem, který poprvé přímo potvrdil efekt dilatace času předpovězený speciální teorií relativity. Experiment naměřil Dopplerův jev u záření emitovaného pohybujícími se částicemi a prokázal existenci tzv. příčného Dopplerova jevu.
Společně s Michelsonovým–Morleyovým experimentem a Kennedyho–Thorndikovým experimentem tvoří trojici základních testů speciální relativity.
Výsledky experimentu byly publikovány v roce 1938.
Teoretické pozadí Podle klasické fyziky by frekvence světla emitovaného zdrojem pohybujícím se rychlostí měla vykazovat posun podle standardního Dopplerova vztahu. Speciální teorie relativity však předpovídá, že v důsledku dilatace času (zpomalení chodu hodin v pohybující se soustavě) dojde k dodatečnému posunu frekvence o faktor (Lorentzův faktor):
Při pozorování zdroje, který se pohybuje přímo k pozorovateli nebo od něj, se relativistický Dopplerův jev projevuje tak, že aritmetický průměr vlnových délek (pohyb k pozorovateli) a (pohyb od pozorovatele) není roven vlnové délce v klidu . Rozdíl (posun) je dán vztahem:
Provedení experimentu Ives a Stilwell použili tzv. kanálové paprsky (proudy kladně nabitých iontů vodíku), které urychlili na vysoké rychlosti. Pomocí spektrografu sledovali čáru vodíkového spektra (486,1 nm).
Klíčovým prvkem bylo použití dutého zrcadla, které umožnilo na jednu fotografickou desku zaznamenat současně světlo přicházející přímo z nalétávajících iontů i světlo odražené, přicházející od iontů vzdalujících se. To umožnilo eliminovat chyby měření a přesně stanovit posun středu mezi oběma čarami oproti čáře iontů v klidu.
Výsledky a význam Experiment naměřil posun, který odpovídal teoretické předpovědi speciální relativity s vysokou přesností. Tím byl podán přímý důkaz, že pohybující se „atomové hodiny“ jdou pomaleji přesně tak, jak předpověděli Albert Einstein a Hendrik Lorentz.
Moderní varianty tohoto experimentu (např. pomocí akumulačních prstenců a laserové spektroskopie) potvrzují tento jev s přesností až .
Reference
Literatura
Související články Speciální teorie relativity Dilatace času Dopplerův jev
Kategorie:Fyzikální experimenty Kategorie:Speciální teorie relativity