Опыт Физо

Опыт Физо́ — опыт по определению скорости света в движущихся средах (телах), осуществлённый в 1851 году Луи Физо[1][2]. Опыт демонстрирует эффект частичного увлечения света движущейся средой.

Схема опытаПравить

 
Схема опыта Физо

Луч света от источника разделяется полупрозрачной пластинкой на два луча, один из которых, отражаясь от зеркал, проходит через текущую в трубах воду по направлению её движения, а другой — против её движения. После этого оба луча попадают в интерферометр, где и наблюдается интерференционная картина. Измерения производились сначала при неподвижной воде, а затем — при движущейся со скоростью  7 м/c [3]. По смещению интерференционных полос определялась разность времён прохождения лучей в движущейся и неподвижной среде, а следовательно, и величина   (коэффициент увлечения).

Интерпретация опытаПравить

Если   — скорость света в вакууме, а  показатель преломления, то скорость света в неподвижной среде равна  . Если среда движется относительно лабораторной системы отсчёта со скоростью  , то скорость света будет равна

 

где приближённое равенство записано в первом порядке по  . В опыте Физо в качестве среды выступала текущая вода.

В теории ЛоренцаПравить

Первоначально, такая зависимость скорости света V от скорости среды и коэффициента преломления интерпретировалась в рамках классического сложения скоростей. В этом случае результат эксперимента можно объяснить, если считать, что свет частично увлекается средой  , где   — коэффициент увлечения, а знаки «+» и «−» соответствуют одинаковым и противоположным направлениям распространения света и движения среды. Подобное частичное увлечение было получено в 1818 году Френелем и в дальнейшем возникало в электронной теории X. Лоренца.

Согласно электронной теории Лоренца, эффект увлечения света движущейся средой обусловлен следующим: индуцированные проходящей волной диполи среды дают вторичное излучение, которое при движении среды увлекается вместе с диполями. Значение её при этом должно определяться отношением поляризационного тока   к току смещения   (здесь Р, Е, D — векторы поляризации, напряжённости электрического поля, электрической индукции,   — диэлектрическая проницаемость среды,   — электрическая постоянная):

 

Теория Лоренца частичного увлечения света водой имеет только историческое значение. Для последовательного описания опыта Физо необходима специальная теория относительности.

В рамках теории относительностиПравить

В рамках теории относительности нет необходимости в гипотезе частичного увлечения. Фактически свет полностью «увлекается» средой[прояснить], а результат опыта Физо свидетельствует о неклассическом (релятивистском) сложении скоростей[прояснить]. Таким образом, опыт сыграл важную роль при построении электродинамики движущихся сред и явился одним из экспериментальных обоснований теории относительности Эйнштейна.

Однако при этом оставлена без внимания суть принципа постоянства скорости света, который постулируется в теории относительности Эйнштейна только для источников света, движущихся с разными скоростями. В опыте Физо такие источники не используются. Данный пробел в комментариях опыта Физо в наше время можно считать заполненным обсуждением опытов Саньяка с вращающимся интерферометром при отсутствии каких-либо сред между зеркалами.

См. такжеПравить

ЛитератураПравить

ПримечанияПравить

  1. Fizeau, H. Sur les hypothèses relatives à l’éther lumineux (неопр.) // Comptes Rendus (англ.). — 1851. — Т. 33. — С. 349—355.
  2. Fizeau, H. Sur les hypothèses relatives à l’éther lumineux (неопр.) // Ann. De Chim. Et de Phys.. — 1859. — Т. 57. — С. 385—404.
  3. Сацункевич И. С. Экспериментальные корни специальной теории относительности. — 2-е изд. — М.: УРСС, 2003. — С. 128—130. — 176 с. — ISBN 5-354-00497-7.