2.1.2. Опитът на Физо

Преди всичко възниква въпросът за верността на правилото за събиране на скорости при светлинните явления. За неговото решение трябва да се проведе експеримент по събиране на скоростите на движение на средата (например, вода) със скоростта на разпространение на светлината в тази среда. Но как да се проведе такъв експеримент? Трудността при провеждането му се състои в това,  че скоростта на светлината във вода е

U = c/n = 225 000 km/s, където с е скоростта на светлината във вакуум, с = 300 000 кm/s, а n е показателят на пречупване на водата, n = 1,33. Скоростта на водата може да се направи около 10 m/s. Това е десетки милиона пъти по-малко от скоростта на светлината. Затова такъв експеримент дълго време не е бил осъществен.

Оказва се обаче, че това изменение на скоростта на светлината може да се измери, ако се използува явлението интерференция. Интерференцията е наслагване на две или повече вълни в пространството, при което в различните точки се получава усилване или отслабване на амплитудата на резултантната вълна. Интерференцията е характерна за вълни с произволна природа: повърхностни вълни в течност; еластични (например, звукови); електромагнитни (например, радиовълни или светлина). При това интерферират само кохерентните вълни, т.е. вълни, имащи постоянна фазова разлика във времето. Такива кохерентни вълни-лъчи са например лъчите, излъчвани от една точка на източник на светлина. Ако два лъча от една и съща точка на светлинен източник пуснем в различно направление, а по-нататък съберем в една точка, то в тази точка ще наблюдаваме интерференция на светлината. Ако разликата в ходовете на лъчите, измерена в единици дължина на вълната е цяло число, става събиране на енергиите на тези лъчи и точката ще бъде максимално светла. Ако разликата в ходовете е равна на нечетно число полувълни,  енергиите на лъчите се изваждат и точката ще бъде максимално тъмна.

По такъв начин, в зависимост от разликата в ходовете на лъчите, осветеността в точката на срещата им ще се изменя. Като се знае дължината на вълната на светлината (от 0,4 до 0,7 микрона), може да се пресметне каква големина на изменение на скоростта на светлината е възможно да бъде измерена. Пресмятанията показват, че може да се направи установка,  позволяваща да се определи изменение от една сто милиардна част от скоростта на светлината,  което даже е повече,  отколкото се изисква.

Известният френски физик А. И. Физо за първи път построява такова устройство и през 1851 г. осъществява уникален опит с него.

В опита на Физо лъчът от източника на светлина с помощта на полупрозрачна пластинка се разделя на два лъча, единият от които, отразявайки се от огледало, минава през течаща вода в посока на движението й, а вторият – обратно на движението на водата. Скоростта на движение на водата се изменя от 0 до 7 m/s. Двата лъча се насочват по-нататък към интерферометър, където се наблюдава интерференчна картина. По отместването на интерференчните ивици се определя разликата във времето на преминаване на светлинните лъчи през движещата се вода (по течението и обратно на течението).

Резултатите от опита се оказват неочаквани: събирането на скоростта на светлината във водата със скоростта на движение на водата не съответства на изискванията на класическата физика:

W = V + U.

Опитът показва,  че събирането на скоростите става по формулата:

W = U + V (1-1/n),

където n е показателят на пречупване на водата;  n = 1,33.

Многократното проверяване на опита дава винаги един и същ резултат. Той показва, че скоростта на светлината не се подчинява на правилото за събиране на скорости. Налага се изводът, че класическата физика при големи скорости, сравними със скоростта на светлината, не е вярна.

За да спасят класическата физика, учените приемат хипотезата, че светлината се движи в ефир, намиращ се между частиците на водата и въздуха. Ако се предположи, че ефирът не се увлича от частиците на веществото при тяхното движение или се увлича частично, в зависимост от големината на показателя на пречупването,  обяснението на опита на Физо става ясно от позициите на класическата физика. Скоростта на движение на частиците на веществото не се предава напълно на намиращия се между частиците ефир и затова не се събира със скоростта на светлината в ефира, съгласно правилото за събиране на скоростите и за среда с показател на пречупване близък до единица, ефирът остава неподвижен.

По такъв начин се приема хипотезата за съществуването на неподвижен световен ефир, съгласно която всички тела във Вселената се движат в неподвижен световен ефир. Такава хипотеза обяснява опита на Физо и спасява класическата физика.

Изпреварвайки събитията, ще покажем допуснатата в тази хипотеза съдбоносна грешка. Опитът на Физо, проведен на Земята, свидетелства за това, че движещото се на Земята вещество не  увлича околоземния ефир. Достатъчно е било да се предположи, че само околоземният ефир е неподвижен спрямо Земята, а не да се издига хипотеза за неподвижността на целия световен ефир.

Но тъй като хипотезата бива приета, сред учените възниква въпросът за нейното експериментално потвърждение. Известно е, че Земята се движи около Слънцето със скорост V = 30 km/s.  Затова,  ако се постави опит за измерване на  скоростта на движение на Земята в световния неподвижен ефир, по такъв начин може да се потвърди верността на хипотезата. Техническото осъществяване на такъв опит е трудно и едва през 1881 г., 30 години след опита на Физо, американският учен А. Майкълсон прави своя  уникален опит.

Забележка: Номерата които виждате до заглавията са по ред на публикациите, за да Ви е лесно да ги намирате в търсачката, и не отговарят на страниците. Забележката важи за всички публикации където има * и число * в заглавието.

източник: http://www.beinsadouno.com