Bazele experimentale ale teoriei relativitatii restrânse

În legatura cu natura si propagarea luminii, cele mai cunoscute teorii sunt: teoria corpusculara (Newton) ("corpurile luminoase emit particule fine, care se misca în conformitate cu legile mecanicii si declanseaza senzatii luminoase când ating ochiul") si teoria ondulatorie (Huygens) în care se admite ca propagarea luminii este analoga propagarii undelor sonore prin medii materiale - adica prin antrenarea particulelor din medii.

În acest punct apare întrebarea legata de modul de propagare a luminii în vid: acesta nu contine particule 717h79h care pot fi antrenate; în plus unda electromagnetica este o unda transversala (directiile de oscilatie ale vectorilor de câmp si sunt perpendiculare pe directiile de propagare), or se cunostea ca undele transversale se pot propaga doar în medii solide. Pentru a eluda aceste probleme s-a emis ipoteza eterului optic: propagarea luminii se face într-un mediu ipotetic, numit eter optic ale carui oscilatii permit transmiterea perturbatiilor electromagnetice. Eterul are proprietati speciale: ocupa tot spatiul (exista chiar si în vid), este transparent, dar în acelasi timp solid. Existenta eterului ar permite sustinere conceptelor de spatiu absolut si de miscare absoluta.

O proprietate importanta a eterului, descoperita de Fresnel în 1818 a fost antrenarea lui de catre corpurile în miscare. Ţinând seama de aceasta idee Fresnel a dedus ca viteza luminii într-un corp care se deplaseaza cu viteza v este:

unde c este viteza luminii prin corpul în repaus iar n este indicele de refractie al corpului. Coeficientul:

se numeste coeficientul de antrenare a eterului si a fost determinat de catre Fizeau în 1851 în urma unei experiente de masurare a vitezei luminii prin apa care curge, antrenând partial eterul. Valoarea calculata a coeficientului k pentru apa (n=1,33) este k=0,434 iar cea gasita experimental de catre Fizeau k = 0,460, deci o concordanta apreciabila. Experienta lui Fizeau a fost reluata si perfectionata în 1886 de catre Michelson si Morley, care au gasit k = 0,434.

Ipoteza antrenarii eterului potrivit formulei lui Fresnel a înregistrat o verificare perfecta prin cercetarile astronomului englez Airy asupra aberatiilor stelelor. În ciuda acestor rezultate, formula (I.2) exprima un rezultat curios: indicele de refractie al unui mediu variaza cu lungimea de unda, deci ar trebui ca viteza de antrenare a eterului sa varieze de la o radiatie la alta. Ar trebui deci sa admitem nu un singur eter cosmic, ci o multitudine.

Nu numai în optica ci si în electromagnetism s-a simtit nevoia de a admite existenta unui mediu universal, ca suport al unor fenomene fizice fundamentale. S-a dezvoltat astfel ipoteza eterului electromagnetic - ca un mediu în care se produc fenomenele din jurul corpurilor electrizate, respectiv magnetizate.

Descoperirea naturii electromagnetice a luminii a dus la unificarea celor doua ipoteze: exista un singur eter, mediu al fenomenelor electrice, magnetice si luminoase.

În 1895, Lorentz a elaborat o teorie electromagnetica în care pleaca de la ipoteza ca eterul este complet imobil; el a tinut seama de existenta electronilor în corpuri si a admis ca miscarea electronilor produce în eter un câmp electromagnetic. Pentru a pastra forma ecuatiilor câmpului electromagnetic în orice referential, Lorentz stabileste pentru prima data  formulele de transformare a coordonatelor spatio-temporale la trecerea de la un referential la altul în miscare cu viteza v paralela cu Ox fata de primul:

Lorentz a mai aratat ca miscarea Pamântului fata de eterul imobil influenteaza fenomenele de la suprafata lui. Dupa Lorentz, "vântul eteric" care ar lua nastere prin deplasarea Pamântului fata de eter ar fi un efect de ordinul al doilea (adica ar depinde de , unde v = 30km/s este viteza Pamântului pe orbita în jurul Soarelui). Pentru a-l pune în evidenta ar trebui imaginate experiente în teoria carora sa intervina si care sa permita masuratori suficient de precise.

Este interesant faptul ca teoria lui Lorentz regaseste formula (I.1) în ipoteza imobilitatii eterului. Formula la care ajunge Lorentz are însa o semnificatie fizica complet diferita: termenul al doilea din relatia (I.1) nu mai este legat de antrenarea eterului, ci de câmpul magnetic produs de electronii corpului în miscare. În aceste conditii, singura dovada experimentala a antrenarii eterului, exprimata prin formula lui Fresnel, îsi pierde valabilitatea.

Faptul ca teoria lui Lorentz (la fel si o teorie veche a lui Stokes din 1845) întrevede posibilitatea de a cunoaste miscarea Pamântului fata de eterul imobil, deci miscarea absoluta a Pamântului prin spatiu, a marit interesul cercetatorilor pentru realizarea unui dispozitiv experimental care sa permita determinarea efectelor de ordinul al doilea. Cel care a reusit a fost fizicianul american Albert Michelson - constructorul unui interferometru de mare precizie, cu o sensibilitate ridicata.