Физоов опит

Апарат користен во Физовиот опит

Физоов опит - изведен од Иполит Физо во 1851 за да ги измери релативните брзини на светлината во подвижна вода. Физо користел специјален интерферометарски аранжман за да го измериефектот на движењето на средината врз брзината на светлината.

Според теориите кое преовладувале во тоа време, светлината која патува преку подвижна средина ќе биде влечена заедно со средината, така што измерената брзина на светлината ќе биде збирот на нејзината брзина во средината плус брзината ан средината. Физо исто така забележил влечечки ефект, но големината на ефектот што го забележал бил далеку помал од очекуваниот. Неговите резултати навидум ја поддржуваа етер хипотезата на Френел, ситуација која била загрижувачка за повеќето физичари. Оттогаш, повеќе од пола век поминал пред да се најде задоволувачко објаснување за неочекуваните резултати од Физовиот опит со појавата на  специјалната теорија на релативноста на Алберт Ајнштајн.  Ајнштајн подоцна ја посочил важноста на опитот.

Покрај тоа што е наведен како Физов опит, , Физо бил активел експериментатор кој има извршено широк спектар на различни опити со мерење на брзината на светлината во различни ситуации..

Подесување на експериментот

Поднесувањето на Физовиот опит (1851)

Светлосен зрак кој произлегува од изворот S′ е рефлектиран од beam splitter G и е споен во паралелен зрак од леќите L. По поминувањето на цепнатинките O₁ и O₂, два светлосни зраци патуваат низ цевките A₁ и A₂, низ кои водата се движи напред-назад како што покажуваат стрелките. Зраците се одбиваат од огледалото m на фокусот на леќите L′, така што едниот зрак секогаш се шири во истата насока како на движењето на водата, а другиот знак обратно од движењето на водата. Откако ќе поминат напред назад низ цевките, двата зраци се спојуваат во S, каде што произведуваат  interference fringes кои може да се визуелизираат преку илустрираното дело. Шемата на мешањето може да биде анализирана за да се одреди брзината на светлината која патува по секој дел од цевката.

Френеловиот коефициент на влечење

Да претпоставиме дека тече вода низ цевки со брзина v. Според не релативистичката теорија за лумниферозен етер, прзината на светлината треба да се зголеми кога е влечена заедно со водата, а да се намали кога го надминува отпорот на водата. Вкупната брзина на светлосниот зрак би требало да биде збирот на светлината коа поминува низ водата плус брзината на водата.

Односно, ако n е показателот на прекршување на водата , така што c/n е брзината на светлината во мирна вода, тогаш предвидената брзина на светлината w во едната насока би била

$w_{+}={\frac {c}{n}}+v\ ,$

а предвидената брзина во другата насока би била

$w_{-}={\frac {c}{n}}-v\ .$

Оттука светлината која патува спротивно од текот на водата би требало да е поспора од светлината која патува со текот на водата.

Физо открил дека

$w_{+}={\frac {c}{n}}+v\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)\ .$

Со други зборови, светлината се причинува дека е повлечена од водата, но големината на влечењето е многу помало од очекуваното.

Физовиот опит ги присили физичарите да ја прифатат точноста на стара, незадоволителна теорија на Огистен-Жан Френел (1818) која била земена предвид за да се објасни експериментот на Араго во 1810 година, имено, дека средина која се движи во стациониран етер влече светлина ширејќи се низ неа со само дел од брзината на средината, со коефициент на влечење ф:

$f=\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)\ .$

Во 1895, Хендрик Лоренц го предвидил постоењето на дополнителен термин поради дисперзијата:

$w_{+}={\frac {c}{n}}+v\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}-{\frac {\lambda }{n}}\!\cdot \!{\frac {\mathrm {d} n}{\mathrm {d} \lambda }}\right)\ .$

Повторувања

Алберт Мишелсон и Едвард Морли го повториле Физовиот опит со подобрена прецизност, справувајќи се со неколку проблеми на оригиналниот експеримент:(1) Деформација на оптичките компоненти на Физовиот апарат би можела да предизвика вештачко поместување, (2) набљудувањето било избрзано, бидејќи протокот на водата под притисок траел кратко време,(3) имало несигурност во Физовото утврдување на протокот низ пречникот на цевките. Мишелсон го редизајнирал физовиот апарат со цевки со поголем пречник и поголем резервар обезбедувајќи 3 минути од постојан проток на вода. Неговиот интерферометарски дизајн за обичен пат обезбедил автоматска компензација на должината на патот, така што работ на белата светлина бил видлив веднаш штом оптичките елементи биле усогласени.