Сдвиг бахромы

Две плоские волны, вид сверху. Черные/синие линии представляют пики волн. Пробелы между линиями обозначают впадины. Желтые области создают яркие линии конструктивной интерференции. Темные области создают темные линии деструктивного вмешательства.

В интерферометрических экспериментах, таких как эксперимент Майкельсона-Морли , сдвиг полос — это поведение структуры «полос», когда фазовое соотношение между источниками компонентов изменяется.

Картина полос может быть создана разными способами, но стабильная картина полос, обнаруженная в интерферометрах типа Майкельсона, вызвана разделением исходного источника на два отдельных луча и последующим их объединением под разными углами падения на поверхность наблюдения.

Взаимодействие волн на смотровой поверхности чередуется между конструктивной интерференцией и деструктивной интерференцией, вызывая чередование темных и светлых линий. В примере интерферометра Майкельсона одна полоса представляет собой одну длину волны исходного света и измеряется от центра одной яркой линии до центра следующей. Физическая ширина полосы определяется разницей углов падения составляющих лучей света, но независимо от физической ширины полосы она по-прежнему представляет собой одну длину волны света.

Исторический контекст

Реальная фотография полос, увиденная в старом интерферометре типа Майкельсона.

Эта анимация показывает, что фаза наклонного луча опережает опорные лучи, вызывая постоянный сдвиг полосы влево.

В эксперименте Майкельсона-Морли 1887 года ожидалось, что расстояние туда и обратно, которое два луча прошли по точно равным плечам, будет неравным из-за ныне устаревшей идеи о том, что свет вынужден путешествовать как механическая волна со скоростью C. только в покоящейся системе светоносного эфира .

Считалось, что предполагаемое движение Земли через эту систему координат вызывает локальный эфирный «ветер» в движущейся системе интерферометра, подобно тому, как автомобиль, проходящий через неподвижный воздух, создает видимый ветер для тех, кто находится внутри. Крайне важно избежать ошибки историка и отметить, что эти экспериментаторы не ожидали, что механическая волна будет перемещаться с разными скоростями в однородной изотропной среде эфира. Волны изучались с античных времен и математически, по крайней мере, со времен Жана ле Рона д'Аламбера в 1700-х годах. Однако наше современное понимание постоянства света допускает дополнительную, новую, «немеханическую» классификацию волн и последующее новое четырехмерное поведение электромагнитных волн , что радикально меняет интерпретацию того, что на самом деле измеряет эксперимент Майкельсона-Морли. Только после работ Эйнштейна и Минковского были задуманы волны немеханической природы, а электромагнитные волны больше не считаются механическими, поэтому интерпретация эксперимента изменена для современных источников. Теперь мы считаем, что это необходимо для сравнения скорости света в разных направлениях, а не разницы в длине пути, ожидаемой Майкельсоном. и эфирные теоретики того времени.

Если теперь аппарат повернуть на 90° так, чтобы второй карандаш оказался в направлении движения Земли, его путь удлинится. ${\displaystyle {\tfrac {4}{100}}}$ длины волн

Расстояние и ожидаемая скорость

Вопреки современному пониманию этого эксперимента, они ожидали, что он будет измерять не скорость света, а изменения предположительно «истинных» дополнительных расстояний прохождения света и, следовательно, только «кажущихся» измеренных скоростей. В механической волновой системе, предполагаемой для поведения света, которая была одновременной с экспериментом, движение Земли привело бы к тому, что волны, направленные против ветра, должны были бы «догонять» ведущее зеркало, которое в эфирной системе убегало бы прямо от исходное положение источника света, но свет будет просто двигаться «поперек» ветра вдоль плеч, перпендикулярных движению эксперимента, и на него будет меньше воздействовать.

Таким образом, подобно волнам воды, вынужденным двигаться в рамках воды, движущейся мимо наблюдателя, плывущего на лодке, предполагаемым механическим волнам света в эфире придется «пройти больше эфира», чтобы не отставать от движущегося эксперимента. IE-волны проходят большее расстояние в эфирной системе, чтобы «догнать» движущийся эксперимент и наблюдателя. В рамках движущегося эксперимента это должно привести к разнице во времени прибытия, которая вызывает изменение выравнивания фаз.

В рамках (предполагаемого) движущегося интерферометра измеренное равенство пространства между зеркалами в сочетании с разницей во времени прибытия также может указывать на разницу в скорости света, что сейчас и является нынешним пониманием. Согласно современному релятивистскому объяснению, «кажущаяся разница в скорости» эфирного объяснения может быть только реальной разницей в скорости, поэтому теперь мы ожидаем, что эксперимент всегда будет нулевым. Таким образом, эксперимент Майкельсона-Морли представляет собой эксперимент с двусторонней скоростью света в контексте современной точки зрения и специальной теории относительности , которая теперь заменяет механическое «эфирно-волновое» понимание света, которое было современником эксперимента.

Результаты

Хотя в современном контексте предполагается, что этот эксперимент предназначен только для измерения скорости, теория механических волн того времени ожидала, что сдвиг полосы будет соответствовать «дополнительной длине пути». Было рассчитано, что это приведет к смещению времени прибытия на детектор и фазовому сдвигу на 0,4 длины волны. Это означает, что, когда плечи интерферометра вращались лицом к эфирному ветру и против него, вертикальные линии полос должны были перемещаться поперек наблюдателя на 0,4 ширины полосы влево и вправо, всего на 0,8 полосы от максимума до минимума. Майкельсон сообщил, что было обнаружено только от одной шестой до одной четверти ожидаемого значения.

См. также

• Помехи
• Интерферометр
• Бит (акустика)
• Муаровый узор