Опыт Физо́ — опыт по определению скорости света в движущихся средах (телах), осуществлённый в 1851 Луи Физо [1] [2]. Опыт демонстрирует эффект релятивистского сложения скоростей. С именем Физо связан также первый эксперимент по лабораторному определению скорости света.
Содержание |
Если — скорость света в вакууме, а — показатель преломления, то скорость света в неподвижной среде равна . Если среда двигается 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 вода, текущая со скоростью 7 м/c [3].
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 г.Френелем и в дальнейшем возникало в электронной теории Xенрика Лоренца.
В рамках теории относительности нет необходимости в гипотезе частичного увлечения. Фактически свет полностью «увлекается» средой, а результат опыта Физо свидетельствует о неклассическом (релятивистском) сложении скоростей. Таким образом, опыт сыграл важную роль при построении электродинамики движущихся сред и явился одним из экспериментальных обоснований теории относительности Эйнштейна.
Опыт Физо может быть объяснен, если принять во внимание, что свет в оптической среде распространяется между ретрансляторами (атомами). На переизлучение (ретранслирование) уходит некоторое время, в то же время среднее количество переизлучений определяется коэффициентом преломления среды. Если оптическая среда покоится, то средняя скорость распространения света v=c/n, где с — скорость света в вакууме, n — коэффициент преломления. Если оптическая среда движется в направлении распространения луча света, то среднее расстояние между ретрансляторами (атомами) изменится пропорционально скорости. Таким образом движение среды приводит к изменению средней скорости распространения света в оптической среде[4].
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 смещению интерференционных полос определялась разность времён прохождения лучей в движущейся и неподвижной среде, а следовательно, и величина .
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 к току смещения (здесь Р, Е, D — векторы поляризации, напряжённости электрического поля, электрической индукции, — диэлектрическая проницаемость среды):
Теория Лоренца частичного увлечения света водой имеет только историческое значение. Для последовательного описания опыта Физо необходима специальная теория относительности.
Опыт Физо.