Опытам Физо и Саньяка скоро будет 200 лет от роду, а точный смысл их непонятен до сих пор. Схема опыта Физо приведена на Рис. 10.
1 – источник света, 2 – полупрозрачное зеркало, 3 4 5 – обычные зеркала, 6 – интерферометр, 7, 9 – участки трубы, 8– вода, V– скорость воды.
Сущность опыта заключается в следующем. Луч от источника света расщепляется полупрозрачным зеркалом 2 на два луча. Один луч (сплошная линия) отражается от зеркала 3, проходит через воду в участке трубы 7, отражается от зеркал 5, 4, проходит через участок трубы 9, полупрозрачное зеркало 2 и попадает на интерферометр 6. Второй отраженный от зеркала 2 луч (пунктирная линия) проходит через воду в трубе на участке 9, отражается от зеркал 4 и 5, проходит через водяной столб 7, отражается от зеркал 3 и 2, затем попадает на интерферометр. Два луча на интерферометре создают соответствующую интерференционную картину.
Сначала фиксируется интерференционная картина при неподвижной воде. Затем воде придается скорость v. Интерференционная картина представляет равномерное чередование темных и светлых полос. В результате опыта оказалось, что расстояния между темными полосами и светлыми при неподвижной воде одни, а при подвижной воде другие. Это возможно в том случае, когда время прихода лучей на интерферометр будет различным. На зеркале 2 исходящие лучи имеют одну фазу, а на зеркале 5 один луч оказался сдвинут относительно другого, то есть скорость света движущегося за током воды и против тока воды не одинаковы. Получалось так, как будь то поток воды, захватывал фотоны и увеличивал, или уменьшал их скорость.
По классической теории распространение света в некой среде предполагали в виде переизлучения фотонов между атомами. На каждый акт переизлучения требуется определенное время, и свет, вместо того чтобы двигаться, осуществлял процедуру переизлучения. В каждом веществе на пути движения света располагается различное количество атомов, что приводит к различной временной задержки скорости света. Такая задержка называется коэффициентом преломления среды n. Скорость света в такой среде представляется выражением v=c/n, где c – скорость света в вакууме. Что верно и соответствует гипотезе Гюйгенса.
Классическая физика предположила, что если вода движется против потока света, то каждый фотон встретит большее количество молекул воды, нежели в том случае, когда вода неподвижна и в результате скорость света будет меньше, чем в неподвижной воде. Если свет движется по направлению движения воды, то напротив он распространяется быстрее, чем в неподвижной воде. При скорости воды равной скорости света, фотон летел бы за молекулой, и она не смогла бы его задержать.
Но такое объяснение задержки вызывает сомнение. И это сомнение такого вида. Представим, что мы излучаем всего по одному фотону в каждом луче. Расположим в сечении а, всего по одной молекуле воды в каждом участке трубы, которую не смогут пропустить, то есть обязательно встретят, оба фотоны. Предположим, что сначала молекула неподвижна, в этом случае мы получим какую-то интерференционную картинку. Каждый фотон задержался на своей молекуле одинаковое количество времени. А теперь придадим молекулам скорость V, такую чтобы полный цикл взаимодействия фотонов с молекулами заканчивалось, не выходя за пределы трубы, например, в сечениях b и c.
И в том и в другом случае фотон взаимодействовал только с одной молекулой. Вопрос: будут ли в обоих случаях картинки одинаковы или различны? На этот вопрос, в пределах опытов Физо, ответить невозможно и невозможно поставить такой опыт. Если бы опыт удался, и мы получили одинаковые картинки в обоих случаях, то классическая теория, количество ретрансляторов, оказалась бы верна. На данный вопрос может ответить опыт Саньяка, изложенный в следующей статье или по этому адресу.