Опыт Физо

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия (не проверялась)

О́пыт Физо́ — опыт по определению скорости света в движущихся средах (телах), осуществлённый в 1851 Луи Физо. Опыт показал, что свет частично увлекается движущейся средой. Скорость света V в такой среде оказалась равной $~V = c' + \alpha u$ , где $~c' = c/n$ — скорость света в неподвижной среде, n — показатель преломления среды, u — скорость движения среды относительно наблюдателя, находящегося в лабораторной системе координат, $~\alpha$ — коэффициент увлечения света движущейся средой, а знаки «+» и «-» соответствуют одинаковым и противоположным направлениям распространения света и движения среды. Опыт подтвердил полученную в 1818 Френелем теоретически формулу: $~\alpha = 1 - 1 / n^2$ . Такое же выражение для коэффициента увлечения получается из уравнений Максвелла для движущихся сред и из релятивистской формулы сложения скоростей, если в ней ограничиться членами первого порядка по $~u/c$

$V = \frac {c' \pm u} {1 \pm c' u/c^2} \approx \frac {c}{n} \pm \left ( 1- \frac {1} {n^2} \right ) u$

Учёт дисперсии (зависимости n от длины волны λ света) даёт дополнительное слагаемое $~(\lambda/n) \partial n / \partial \lambda$ в величину $~\alpha= 1 - 1 / n^2$ , что теоретически было получено Xенриком Лоренцом и в 1914 экспериментально подтверждено Питером Зееманом.

Таким образом, опыт сыграл важную роль при построении электродинамики движущихся сред и явился одним из экспериментальных обоснований теории относительности Эйнштейна.

[править] Схема опыта

Схема опыта Физо

Луч 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. По смешению интерференционных полос определялась разность времён прохождения лучей в движущейся среде, а следовательно, и величина α.

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 ее при этом должно определяться отношением поляризационного тока $~\partial P / \partial t = [(\varepsilon- 1)/4\pi] \times \partial E/ \partial t$ к току смещения $~\partial D/ \partial t = \varepsilon \partial E / \partial t$ (здесь Р, Е, D — векторы поляризации, напряжённости электрического поля, электрической индукции, $\varepsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды):