Fig. 1. Interferometr A. A. Michelsona.

Transkrypt

1 Efek Sagnaa dr Janusz. Kępka Wsęp. Jednym z najbardziej reklamowanyh eksperymenów był i jes eksperymen lbera brahama Mihelsona zapoząkowany w 88, i nasępnie powarzany po roku 880 we współpray z Ewardem Williamsem Morleyem. Celem ego eksperymenu było wykryie ruhu absolunego Ziemi. Obenie, eksperymen en znany jes pod ogólną nazwą eksperymenu Mihelsona-Morleya. Eksperymen en przeprowadzany był za pomoą inerferomeru.. Mihelsona (Fig..). Fig.. Inerferomer.. Mihelsona. Inerferomer.. Mihelsona (Fig. ) składa się z monohromayznego źródła świała S, półprzepuszzalnej płyki P, oraz dwóh zwieriadeł i, usawionyh w równyh odległośiah P P l od miejsa padania wiązki świała na płykę P. Na usawioną pod kąem 5 o płykę P pada wiązka świała ze źródła S, kóra ulega rozszzepieniu na dwie wiązki biegnąe wzajemnie prosopadle do zwieriadeł i. Po odbiiu się od i, wiązki e wraają do płyki P, gdzie ponownie ulegają rozszzepieniu, i zęść wraa do źródła S, a pozosała zęść biegnie razem do eleskopu T. Na drodze PT obydwie wiązki inerferują ze sobą, a obraz inerferenyjny oglądany jes w głównej płaszzyźnie ogniskowej eleskopu T. Gdyby inerferomer był absolunie nieruhomy w hipoeyznym eerze, zyli w układzie absolunie absolunym -spae, o drogi przebye przez świało w obydwu ramionah inerferomeru byłyby sobie dokładnie równe. W akim przypadku, dowolny obró inerferomeru nie zmienia długośi dróg przebyyh przez świało w obydwu ramionah inerferomeru. Tym samym nie zmienia się obraz inerferenyjny w eleskopie T. Załóżmy eraz, że inerferomer porusza się ruhem ranslayjnym w hipoeyznym eerze. Ławo zauważyć, że w ogólnośi w zasie ruhu ranslayjnego inerferomeru w -spae, drogi przebywane przez świało w obydwu ramionah inerferomeru nie są sobie równe... Mihelson przyjął, że jeżeli inerferomer będzie obraany względem środka płyki P, o nasąpi zmiana długośi dróg w obydwu ramionah inerferomeru, o z kolei spowoduje zmianę położenia prążków inerferenyjnyh. W en sposób, będzie można wykryć ruh orbialny Ziemi. Jednak, powarzane przez kilka dziesiąek la ego rodzaju eksperymeny, w różnyh porah roku i w różnyh miejsah na kuli ziemskiej, zawsze dawały wynik negaywny: brak zmiany położenia prążków inerferenyjnyh. Powyższe może oznazać ylko dwie różne syuaje:

2 . Ziemia jes absolunie nieruhoma w Kosmosie, zn. nie isnieje ruh wirowy wokół własnej osi, ani eż ruh po orbiie okołosłoneznej (byłby o dowód na prawdziwość eorii geoenryznej).. Eksperymen jes wadliwie przeprowadzany. Przyjęo warian rzei: eksperymen jes wzorowo poprawnie przeprowadzony. Naomias nie jes możliwe wykryie ruhu absolunego, ponieważ nie isnieje eer, zyli nie isnieje przesrzeń kosmizna (si!), w kórej najławiej rozhodzi się świało. Jeżeli jednak przyjmiemy, że eer isnieje, o jes on ałkowiie unoszony przez Ziemię, zyli przesrzeń kosmizna jes ałkowiie unoszona przez Ziemię i dlaego ni nie widać (w inerferomerze, ozywiśie). Obenie, Janusz. Kępka w swej książe uh absoluny i względny (Warszawa, 999) wykazał, że w zasie eksperymenu rzezywiśie nasępuje zmiana długośi dróg świała w obydwu ramionah inerferomeru Mihelsona, ale zmiany są ego rodzaju, że zmiany dróg o and fro w każdym z ramion wzajemnie kompensują się. Z ego właśnie względu nie jes możliwe uzyskanie zmiany położenia prążków inerferenyjnyh. Oznaza o, że inerferomer Mihelsona nie jes właśiwym przyrządem do przeprowadzania ego rodzaju eksperymenów. Eksperymen Sagnaa W roku 93 uzony franuski Georges Sagna (869-98) wykazał doświadzalnie za pomoą zmodyfikowanego inerferomeru Mihelsona (Fig..), że możliwe jes wykryie ruhu Ziemi w hipoeyznym eerze (Georges Sagna, Compes endus 57, 93). Fig.. Inerferomer Sagnaa. W inerferomerze Mihelsona dwie wiązki oraz świała przebywają dwie drogi w różnyh, wzajemnie prosopadłyh ramionah inerferomeru. Naomias w inerferomerze Sagnaa dwie wiązki świała oraz biegną po ej samej krzywej zamknięej, ale we wzajemnie przeiwnyh kierunkah. Można o wpros odwzorować jako ruh po okręgu w dwu przeiwnyh kierunkah. ozparzmy bieg wiązek świała w inerferomerze Sagnaa. Paradoks Zenona z Elei Oznazmy ałkowią długość drogi PP PP w inerferomerze jako. Odległość świało przebywa z prędkośią w zasie :. Załóżmy, że inerferomer obraany jes w lewo ze sałą prędkośią kąową ons. Względem impulsu świała biegnąego od płyki P w kierunku zgodnym z kierunkiem obrou inerferomeru, płyka P uieka przed ym impulsem. Znalezienie odległośi jaką impuls świała przebędzie, aby wróić do płyki P, jes równoważne znalezieniu rozwiązania słynnego

3 3 paradoksu Zenona z Elei: zy hilles dogoni żółwia (poząkowa odległość między nimi wynosi, hilles biegnie z prędkośią, a żółw z prędkośią ): gdzie: W powyższym: prędkość liniowa dowolnego punku na okręgu o promieniu (Fig. ); prędkość świała. Ponieważ:, o z powyższego znajdujemy: Podobnie znajdujemy zas po jakim impuls dobiegnie do płyki P: W podobny sposób znajdujemy dla impulsu świała biegnąego w kierunku przeiwnym do kierunku obrou inerferomeru (w ym przypadku, hilles i żółw biegną naprzeiwko siebie): oraz Z powyższego, znajdujemy: () oraz ) ( () ϕ (3) a akże: ϕ () Z powyższyh rozważań wpros wynika, że w zasie obrou inerferomeru ) ( 0 powsaje różnia dróg (Eq. ) przebywanyh przez świało w kierunkah przeiwnyh. Z elemenarnej opyki wiadomo, że fale o jednakowyh okresah wzmaniają się najsilniej, gdy różnia dróg jes równa ałkowiej wielokronośi długośi fali λ : λ k, gdzie: k 0,,,..., n. Fale maksymalnie osłabiają się, jeśli różnia dróg wynosi nieparzysą lizbę połówek długośi fali: ) (k λ Powyższe zwane jes ogólnie inerferenją ruhu falowego. Jeżeli inerferomer nie jes obraany ) ( 0, o z zależnośi od () do (), mamy: 0, 0 oraz 0 i możemy obserwować sabilny obraz inerferenyjny. Wiązki świała oraz inerferują w równyh fazah na drodze PT (Fig. ).

4 W zasie obrou przyrządu, pojawia się różnia dróg ( ) 0, a przebyyh przez świało w dwu przeiwnyh kierunkah w inerferomerze. Z ego względu nasąpi zmiana obrazu inerferenyjnego (zmiana położenia oraz naężenia prążków inerferenyjnyh). Zmiana a spowodowana jes ym, że wiązki świała oraz spoykają się w różnyh fazah na drodze PT. Powyższe wykorzysywane jes obenie do budowy preyzyjnyh przyrządów, zwanyh żyroskopami. Przyrządy e pozwalają wykryć obró przyrządu o 0,000 sopnia na godzinę (Eq. ). Efek Dopplera Zauważmy, że płyka P w inerferomerze spełnia podwójną rolę: źródła S świała dla wiązek świała oraz biegnąyh od płyki P w kierunku zwieriadeł oraz ; obserwaora O dla obydwu wiązek oraz gdy wiązki e przebywają w inerferomerze odpowiednie drogi w kierunkah wzajemnie przeiwnyh i biegną do płyki P. Zauważmy eż, że prędkość S źródła drgań S oraz prędkość O obserwaora O są sobie dokładnie równe oraz równe prędkośi dowolnego punku na obwodzie okręgu o promieniu inerferomeru: S O. Z powyższyh względów, wysępuje podwójny efek Dopplera dla poruszająego się źródła S drgań oraz obserwaora O. Ogólny opis podwójnego efeku Dopplera podany jes w książe: Janusz. Kępka uh absoluny i względny, Warszawa 999. Jeżeli obserwaor O wyprzedza źródło S, o w opisywanym wyżej przypadku odnosi się do wiązki świała, o spełnione są warunki: O fd ν S λ ( S ) gdzie: ν zęsoliwość generowanej fali w danym ośrodku, gdy źródło drgań jes nieruhome. λ długość fali generowanej w danym ośrodku przez nieruhome źródło drgań. Powyżej wskazaliśmy, że spełniony jes warunek: S O. Wobe ego, z powyższej zależnośi znajdujemy, że: f D ν (5) < λ Podobnie mamy dla przypadku, gdy źródło S wyprzedza obserwaora O: O fd ν S λ ( S ) oraz: f D ν (6) > λ Z powyższego wpros wynika, że w eksperymenie Sagnaa nie wysępuje zmiana zęsoliwośi inerferująyh wiązek świała oraz. Dyskusja. Przede wszyskim zauważmy, że pozyywny wynik eksperymenu Sagnaa zosał uzyskany za pomoą lekko zmodyfikowanego inerferomeru.. Mihelsona! Przed rokiem 933, uzony amerykański Dayon C. Miller przeprowadził eksperymeny za pomoą zmodyfikowanego inerferomeru Mihelsona w en sposób, że ramiona ego inerferomeru były wyraźnie wzajemnie sobie nierówne. Uzyskał wynik pozyywny (D.C. Miller, eiews of Modern Physis, 5, 03, 933).

5 Powyższe wpros oznaza, że (nie modyfikowany) inerferomer Mihelsona nie nadaje się do ego rodzaju eksperymenów. Jednak w 007 r. Janusz. Kępka ( uh absoluny i względny, Warszawa 007) wskazał, że możliwe jes uzyskanie pozyywnego wyniku za pomoą inerferomeru Mihelsona, jeżeli jedno z ramion ego inerferomeru zahowa sały kierunek w przesrzeni (lokalny układ odniesienia). Można o uzyskać za pomoą obrou przyrządu względem ylko jednego z jego ramion. Warunek en nie był spełniony w eksperymenah wykonywanyh przez Mihelsona, Morleya i innyh. W zw. lieraurze przedmiou, eksperymeny G. Sagnaa oraz D.C. Millera były i są sarannie przemilzane, lub znazenie ih jes maksymalnie zaniżane. Naomias wyolbrzymiane jes znazenie eksperymenu.. Mihelsona, kóry o eksperymen (ponoć) sanowił podsawę szzególnej i ogólnej, a nawe szzególnie ogólnej eorii względnośi niejakiego lbera Einseina. Esperymeny G. Sagnaa oraz D.C. Millera z opyki oraz wześniejszy (85 r.) eksperymen z wahadłem Fouaul (Jean ernard éon, , fizyk franuski), wpros dowodzą, że zw. eorie względnośi lbera Einseina są rażąo niezgodne z doświadzeniem. Wobe ego, niekórzy wierdzą, że: The Sagna effe (in auum) is onsisen wih saionary eher heories (suh as he orenz eher heory) as well as wih Einsein's heory of relaiiy. I is generally aken o be inonsisen wih emission heories of ligh, aording o whih he speed of ligh depends on he speed of he soure. ("hp://en.wikipedia.org/wiki/georges_sagna") Tak wię, wg Wikipedii, efek Sagnaa powierdza, że eer spozywa i jednoześnie fruwa. azem z eorią względnośi Einseina, ozywiśie. Poważnie? nie jes ak, że: albo albo? oo kolejne oszuswa w wydaniu Wikipedii. Oóż, nieprawdą jes, że H..orenz (853-98) jes wórą eorii eeru (sprężysy ośrodek rozhodzenia się fal świelnyh > bezwzględny układ odniesienia). Znaznie wześniej Holender Chrisian Huygens (69-695), wierdził, że świało polega na rozhodzeniu się fal w eerze sprężysej subsanji zapełniająej ały wszehświa ( Traka o świele, 690). Ponado, nieprawdą jes, że według eorii emisji świała prędkość świała zależy od prędkośi źródła świała. ył aki pomysł, ale nayhmias z niego zrezygnowano, ponieważ nie jes o słuszne dla ruhu falowego (świało ma wszyskie ehy ruhu falowego, jes o fala poprzezna). Naomias, według lbera Einseina prędkość świała jes dokładnie aka sama względem dowolnie poruszająego się (akże nieruhomego, sojąego, leżąego i nawe wisząego) obserwaora. Opisany wyżej efek Sagnaa wpros z doświadzenia dowodzi, że nie jes o prawdziwe. To lber Einsein nie ma raji? To jes niedopuszzalne! Wobe ego, relaywiśi z Wikipedii (i nie ylko) wierdzą, że efek Sagnaa jes zgodny z eorią względnośi lbera Einseina! I w en oo prosy sposób eoria względnośi lbera Einseina jes zgodna z doświadzeniem. Pyanie: ko u jes idioą, a ko oszusem? Pardon! Pyać nie wolno? Uwagi końowe Przy pomoy inerferomeru Sagnaa można wykryć zmianę kierunku ruhu układu obserwaora, np. ruh wirowy zy orbialny Ziemi. Jednak za pomoą ego przyrządu nie można wykryć ruhu ranslayjnego prosoliniowego obserwaora. Jednak aką możliwość deekji ruhu absolunego Ziemi, wskazano wyżej. Eksperymen jes dosyć rudny do wykonania ze względów ehniznyh. Jednak, ego rodzaju eksperymen można znakomiie uprośić wykorzysują ruh wirowy Ziemi, właśnie. Uwaga: akże w książe Janusza. Kępki uh absoluny i względny, Warszawa 007, podany jes pełny dowód sposobu wylizenia prędkośi ranslayjnej Słońa w Kosmosie (ok km/s), ylko na podsawie znajomośi prędkośi orbialnej Ziemi w perihelium oraz w aphelium, lub odległośi od Słońa Ziemi w perihelium oraz w aphelium. dr Janusz. Kępka Warszawa, 009 5