چارچوب مرجعی برای سنجش سرعت :
جمیز کلرک ماکسول ،نیروهای الکتریک و مغناطیس را در یک نیرو یک پارچه کرد .افزون بر این ، او نشان داد که میدان های الکترومغناطیس می توانند در فضا به شکل موج گسترش یابند .سرعت آن موج تابع عددی در معادله هایش بود ، که از داده های آزمایش هایی که چند سال پیش تر اندازه گیری کرده بود ،محاسبه شده بود.با شگفتی دریافت سرعتی که محاسبه کرده بود ،برابر سرعت نور است ،که در آن زمان با دقت یک در صد دانسته شده بود . او کشف کرده بود که نور خودش یک موج الکترومغناطیس است .بر طبق معادله های ماکسول موج هایی چون ریزموج ،موج رادیویی ، نور فروسرخ و پرتو ایکس توصیف می شوند که همه آن ها تنها در طول موج با نور دیدنی ،متفاوت هستند.
معادله های ماکسول بر این پایه است که موج های الکترومغناطیس با سرعت 300 هزار کیلومتر در ثانیه یا حدود 1072 میلیون کیلومتر در ساعت حرکت می کنند .اما سخن از سرعت بی معناست ،مگر این که شما چارچوب مرجعی را ذکر کنید که سرعت نسبت به آن اندازه گیری شود.
بنابراین معادله های سرعت نور نسبت به رسان های به نام اتر که پیشتر آشکارسازی نشده بوده و تمام فضا را فراگرفته است ،سنجیده می شود . این نام را ارسطو بر ماده ای گذاشت که به باور او تمام کیهان بیرون از کره زمین را پر کرده است.
اگر اتر وجود داشت ،یک استاندارد مطلق سکون هم وجود داشت ( یعنی سکون نسبت به اتر ) و بنابراین یک شیوه مطلق هم برای تعریف حرکت به دست می آید . اتر یک چارچوب سنجشی پذیرفتنی را برای سراسر کیهان فراهم می کند که نسبت به آن می توان سرعت هر جسم را سنجید .پس بر زمینه تئوریک این فرض پذیرفته شده که اتر وجود دارد.
اگر در هوا به سوی یک موج آوایی بدوید ،موج سریع تر به شما نزدیک می شود و اگر از آن به سرعت بگریزید ، آهسته تر به شما نزدیک می شود .به همین ترتیب اگر اتر وجود داشته باشد ،سرعت نور بسته به حرکت شما نسبت به اتر ،متغییر خواهد بود.
ماکسول آزمایشی را پیشنهاد کرد که اگر اتری وجود دارد پس زمین باید در گردش خود در مدار خورشید از درون آن حرکت کند و از آن جا که زمین در (دی) در جهت متفاوتی حرکت می کند تا برای مثال در ( فروردین ) یا ( تیر ) .باید بتوان تفاوت اندک در سرعت نور را در زمان های مختلف سال مشاهده کرد.
آلبرت میکلسون و ادوارد مورلی یک آزمایش حساس را برای اندازه گیری سرعتی که در آن زمین در درون اتر سفر می کند انجام دادند .انگاره آنان سنجش سرعت نور در دو جهت عمود بر هم بود . اگر سرعت نور نسبت به اتر یک عدد ثابت باشد اندازه گیری ها بایستی که سرعت های نور را که بسته به جهت پرتو تغییر می کرد ،آشکار می کردند .اما چنین تغییری مشاهده نشد. دستاورد آزمایش میکلسون و مورلی به روشنی در تضاد با مدل پیمایش موج های الکترومغناطیس در اتر بود و بایستی که باعث کنار گذاشته شدن مدل اتر می شد ولی هدف میکلسون ،اندازه گیری سرعت زمین نسبت به اتر بود نه اثبات یا رد فرضیه اتر .آنچه او یافت اور ا به این نتیجه گیری هدایت نکرد که اتر وجود ندارد ،هیچ کس دیگر هم چنین نتیجه گیری نکرد.
برای نجات اتر در مدل میکلسون و مورلی ،فیزیکدان هلندی هنریک آنتون لورنتس و فیزیکدان ایرلندی جرج فرانسیس فیتزجرالد ،پیشنهاد کردند که در یک چارچوب که نسبت به اتر حرکت می کند ، احتمالا به دلیل برخی اثرهای مکانیکی ناشناخته ، ساعت ها کند و فاصله ها کوتاه می شوند و بنابراین نور اندازه گیری می شود که همان سرعت را داشته باشد .به طور خلاصه می توان گفت بر این عقیده بودند که زمین ،اتر را به همراه خود می کشد بنابراین ما در واقع نسبت به اتر حرکت نمی کنیم.
