Sagnac-effektus

A Sagnac -effektusnak azt az időkésleltetést nevezzük, amely két forgó tárcsa kerülete mentén ellentétes irányban forgó fényjel vételének késleltetését jelenti (a tehetetlenségi referenciakeret vonatkozásában ), amikor ezeket a lemezre rögzített adó -vevő bocsátja ki. .

A Sagnac hatást fedezte Georges Sagnac a 1913 . A klasszikus fizikában a fényjelek sebességének aszimmetriájaként értelmezhető a forgótárcsa kerülete tekintetében. A relativisztikus fizikában a hatás megfelel annak, hogy lehetetlen az órákat szinkronizálni egy zárt görbén, amely gravitációnak van kitéve , vagy gyorsulásnak (forgás esetén).

1925-ben Michelson és Gale nagyméretű interferométerrel mérte meg a Föld forgását a Sagnac-effektus segítségével. A lézeres giroszkóp, amelyet girométerként használnak, a Sagnac -effektus közvetlen alkalmazása.

Előrejelzés a klasszikus fizikában

A „Sagnac -effektus” kifejezés az „ellenkező irányba forgó” fényjelek vételének időbeli eltolódására utal, amikor azokat egy forgó tárcsára rögzített adó -vevő bocsátja ki. Valóban, ha egy forgó tárcsára helyezett távadó két fényjelet küld, amelyek kénytelenek követni a lemez kerületét, mindegyik egy irányba, akkor a két jel egy teljes fordulat után, de a sebességtől függő kis időeltolódással visszatér az adóhoz a tárcsa forgását.

A klasszikus fizikában ezt az időeltolódást a két ellentétes irányban forgó fényjel érkezési pillanatai között a következőképpen számoljuk.

Az R sugarú tárcsa kerülete mentén, amely sebességgel forog (az R sugár szintjén): $v = \ omega R$

a fénysugár iránya megegyezik a lemezt, és megjegyezve t időt vesz igénybe, hogy megfeleljen az adó ismét a laboratóriumi megfigyelő ellenőrzi az esélyegyenlőségi , a , ezért $ct = 2 \ pi R + \ Delta L$ $\ Delta L = \ omega R t$ $t = {{2 \ pi R} \ felett {c- \ omega R}}$
egy fénysugár az ellentétes irányba, hogy a lemez és a, megjegyezve, t " időt vesz igénybe, hogy megfeleljen az emitter újra, a laboratórium megfigyelő ellenőrzi a egyenlőség , a , így $c.t '= 2 \ pi R - \ Delta L'$ $\ Delta L '= \ omega R t'$ $t '= {2 \ pi R \ felett c + \ omega R}$

Az eltolás a érkezők a két fényjelek egy kis fordulatszám. $\ delta t = {2 \ pi R \ over c - \ omega R} - {2 \ pi R \ over c + \ omega R} = {4 \ omega \ pi R ^ 2 \ over c ^ 2 - \ omega ^ 2 R ^ 2} \ kb {4 \ omega \ pi R ^ 2 \ c ^ 2} felett$

A klasszikus fizika összefüggésében ez a laboratórium tehetetlenségi referenciarendszerében számított eltolás megegyezik az adó -vevő forgó keretében kiszámítható eltolással.

Jóslás a relativisztikus fizikában

A relativitás , az időeltolás kiszámított laboratóriumi referenciakeret nem az egyik, hogy az adó-vevő érzékeli, mert mozgásban képest a laboratóriumba. Másrészt, mivel ez az adó-vevő forog, referenciakerete nem inerciális, ezért a speciális relativitáselmélet nem teszi lehetővé az általa észlelt eltolás közvetlen meghatározását .

Az általános relativitáselmélet felhasználásával van egy rés, amely első közelítésben megegyezik a laboratóriumi keretben kiszámítottal, és ez a különbség megfelel az órák közötti időbeli különbségnek, amikor a gravitációnak kitett zárt kontúr mentén szinkronizálni próbálják (vagy gyorsulás, például egy forgó mozgás miatt). Ez az eltolás értelmezhető a fény egyik vagy másik irányú sebességének különbségeként is; tudva, hogy ez a sebesség mindig egyenlő c-vel, ha a megfelelő időben mérik az útjának minden pontján, de ez a megfelelő idő nem lehet az adó-vevő órájának azé, mert itt az órák nem szinkronizálhatók vele.

Kísérleti eredmények

A hatást először a fényjelek interferencia-peremének elemzésével figyelték meg és mérték. Azóta a lézerek, az atomórák és más eszközök használata más méréseket és különösen az időeltolódás közvetlen mérését teszi lehetővé.

1913-ban Sagnac gyorsan forgó interferométer segítségével ellenőrizte a nevét viselő hatás pre-relativisztikus előrejelzéseit . Ő maga jósolta meg a fenti eredményeket a klasszikus fizika keretein belül. Ez volt az első, a Sagnac-effektusnak nevezett kísérleti eredmény is.

1925-ben Michelson és Gale egy nagy interferométer segítségével megmérte a Föld forgását.

A hatvanas évek óta egyre pontosabb méréseket lehetett végezni a lézerek használatával.

Már 1914-ben Harzer megjegyezte, hogy a hatás fénytörés esetén is fennmarad , vagyis olyan környezetben, ahol a fény kevésbé gyorsan megy, mint . $vs.$

Az "anyag" jelekkel kifejtett hatást később ellenőrizték:

ban ben 1965Zimmermann és Mercerau Cooper párjával ;
ban ben 1984Atwood neutronokkal ;
ban ben 1991Riehle 40 kalcium atomdal ;
ban ben 1993Hasselbach és Nicklaus elektronokkal .

Pre-relativisztikus jóslatok

A fényhullámok Sagnac -hatását a speciális relativitáselmélet megjelenése előtt jósolták , az éter -elmélet részeként . Oliver Lodge brit fizikus (1851-1940) az első, aki megjósolja 1893egy interferométerre, amelyet a Föld forgása hajt, majd az1897lemezjátszóra szerelt interferométerhez. Ezt követően Albert A. Michelson amerikai fizikus (1852-1931) ban ben 1904majd a francia fizikus, Georges Sagnac (1869-1928) ban ben 1911 mindkettő megjósolja a hatást, ismét az éter -elmélet keretein belül.

Előre felfedezett

A Sagnac-effektust első ízben figyelték meg 1911által Franz Harress egy kísérlet Fizeau . Harress nem tudta megmagyarázni az általa megfigyelt interferencia peremek elmozdulásának okait. Ban ben1914, a német csillagász, Paul Harzer (1857-1932) ismét tárgyalja Harress kísérletének eredményeit, és azt mutatja, hogy a Sagnac -hatást mutatja, pontosabban, mint a Sagnac.

Relativisztikus újraértelmezés

Tól től 1911, Max von Laue német fizikus (1879-1960) megjegyzi, hogy a speciális relativitáselmélet is megjósolja a hatást. Ezt követően von Laue maga1920- első rend $v / c-ben$ - majd Paul Langevin francia fizikus (1872-1946) ban ben 1921 és be 1937 folytassa a hatás demonstrálását a speciális relativitáselméletben.

Föld forgása

A Föld forgása miatti Sagnac-hatást anyaghullám- interferométerekkel mértük:

ban ben 1979Werner és mtsai. neutronokkal;
ban ben 1997Lenef és mtsai. nátrium atomokkal (Na);
ban ben 1997 majd be 2000Gustavson és mtsai. a cézium atomok (Cs);
ban ben 2006Canuel és mtsai. lehűlt cézium (Cs) atomokkal.

Legutóbbi kísérleti eredmények

A jelek látszólagos sebességének mérése helyett megpróbálhatjuk lokálisan, közvetlenül mérni a fénysebességet, ahogyan forgás nélkül tesszük.

Kísérleteket hajtottak végre annak megállapítására, hogy van-e anizotropia egy forgó keretben. Ezek közül néhányat különböző módon hajtanak végre (forgó vagy álló források és vevők, egyirányú vagy oda-vissza mérések).

A Cialdea két többmódusú lézert használ, amely egy forgó asztalra van felszerelve, és az asztal forgatásakor figyeli az interferencia mintázatának változásait. Az anizotropia felső határa 0,9 m / s.
Krisher két, a földre rögzített és 21 kilométeres száloptikai összeköttetéssel elválasztott hidrogénmaszert használ, és figyeli a fázisok közötti eltéréseket. 100 m / s anizotrópia felső határt ér el.
Champeney egy forgó Moessbauer csappantyút és egy rögzített detektor segítségével 3 m / s anizotropia felső határt ad.
Turner forgó forrást és rögzített Moessbauer -érzékelőt használ, hogy az anizotrópia felső határa 10 m / s legyen.
Gagnon, Torr, Kolen és Chang anizotrópia tesztet hajtottak végre hullámvezetővel. Negatív eredményeik összhangban vannak a speciális relativitáselmélettel.

Alkalmazások

A giroszkópként használt lézeres giroszkóp , valamint a száloptikai girométer a Sagnac -effektus közvetlen alkalmazása.

Jegyzetek és hivatkozások

tudósok rendszere a Google Könyvekben
Lev Landau és Evgueni Lifchits , Elméleti fizika , t. 2: Terepelmélet [ a kiadások részlete ]89. § Forgatás .
Rizzi és Ruggiero 2003 , szekta. 2 , § 2.3 , p. 184.
Gourgoulhon 2010 , fejezet. 13 , szekta. 13,5 , § 13.5.4 , p. 465.
Gourgoulhon 2010 , fejezet. 13 , szekta. 13,5 , § 13.5.4 , p. 466.
Gourgoulhon 2010 , fejezet. 13 , szekta. 13,5 , § 13.5.6 , p. 468.

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek

Sagnac hatás és lézer giroszkóp
Rindler modell
Kurzus általános relativitáselmélet szerint a Előadások jegyzetek általános relativitáselmélet Dean M. Caroll, fordítási és adaptációs Jacques Fric,2002. április.
en) Guido Rizzi és Matteo Luca Ruggiero, A relativisztikus Sagnac-effektus: két levezetés ,
(en) JF Pascual-Sanchez, A. San Miguel és F. Vicente, A fénysebesség és a Sagnac-hatás izotrópiája
Hivatkozások a relativitáselméleti kísérleti adatokra

Bibliográfia

Általános munkák

Jean Hladik , Pierre-Emmanuel Hladik, A tenzor kalkulus a fizika , 3 th kiadás Dunod. ( ISBN 2100040715 ) , ( ISBN 2225846537 ) , ( ISBN 2225841446 )
V. Ougarov, A korlátozott relativitás elmélete , 2. kiadás, Mir Edition, Moszkva. Francia fordítás Editions Mir, 1979.
Edgard Elbaz, Általános relativitás és gravitáció , Editions Ellipses-Marketing, 1986, ( ISBN 2729886516 ) (elfogyott)
Charles W. Misner, Kip S. Thorne és John Archibald Wheeler, Gravitation , WH Freeman and Company, New York. ( ISBN 0716703440 )

Cikkek

[Sagnac 1913a] Georges Sagnac , „ A fényes éter az éter relatív szélének hatásával igazolható az interferométerben, egyenletes forgatással ”, Heti beszámolók az Académie des sciences munkáiból , t. 157,1913, P. 708-710 ( olvasson Wikiforrásban , olvasható online ).
[Sagnac 1913b] Georges Sagnac , „ A világító éter valóságának bizonyításáról a forgó interferográf tapasztalatával ”, Heti beszámolók az Académie des sciences üléseiről , t. 157,1913, P. 1410-1413 ( olvasson Wikiforrásban , olvasható online ).

Egyéb források

[Gauguet 2014] (in + hu) Alexandre Gauguet ( szerk. És av.-prop. ) A Sagnac-hatás: 100 évvel később ["The Sagnac effect: 100 years after"], Issy-les-Moulineaux and Paris, Elsevier Masson és a Tudományos Akadémia coll. " Jelentések / fizikai", vol. 15, n o 10,december 2014, P. 787–916 ( online olvasás [PDF] ).
[Gourgoulhon 2010] Éric Gourgoulhon ( pref. Of Thibault Damour ), Korlátozott relativitáselmélet: részecskéi a asztrofizika , Les Ulis és Párizs, EDP Sciences és CNRS , Coll. "Jelenlegi / fizikai ismeretek",2010. május( újranyomás. 2011. szept), 1 st ed. , 1 köt. , XXVI -776 o. , beteg. , ábra. és fülre. 15 × 23 cm-es ( ISBN 978-2-271-07018-0 és 978-2-7598-0067-4 , EAN 9782759800674 , OCLC 690.639.994 , értesítést BNF n o FRBNF41411713 , SUDOC 14466514X , online prezentáció , olvasható online ) , pasas . 13 , szekta. 13.5 („Sagnac-effektus”), p. 456-470.
[Rizzi és Ruggiero 2003] (en) Guido Rizzi és Matteo Luca Ruggiero , „A relativisztikus Sagnac hatás: két derivációk” , Guido Rizzi és Matteo Luca Ruggiero ( szerk. És introd. ) (Pref. By John Stachel), relativitáselmélet forgó keretek: relativisztikus fizika forgó referenciakeretekben , Dordrecht, Kluwer Academic, koll. "A fizika alapelméletei" ( n o 135)december 2003( újranyomás. december 2010), 1 st ed. , 1 köt. , XXIII -452 p. , beteg. , ábra. és fülre. 15,5 × 23,4 cm-es ( ISBN 1-4020-1805-3 , EAN 9781402018053 , OCLC 493.164.857 , DOI 10,1007 / 978-94-017-0528-8 , SUDOC 083.380.175 , online prezentáció , olvasható online ) , menni. II , fejezet. 10 , p. 179-220 ( DOI 10.1007 / 978-94-017-0528-8_12 , arXiv gr-qc / 0305084 , összefoglaló ).
Bernard LINET, DEA az elméleti fizikában - Párizs VI, Párizs VII, Párizs XI, ENS, X, 2003 - 2004, Előadásjegyzetek az általános relativitáselméletben.
[Spagnou 2013] Pierre Spagnou , „ Sagnac and the experience in a rossz way ”, Bibnum , n o 737,1 st október 2013( összefoglaló , online olvasható ).
[Malykin 2000] (en) Grigorii B. Malykin , „ The Sagnac effect: helyes és helytelen magyarázatok ” , Physics-Uspekhi , vol. 43, n o 12,2000. december, P. 1229-1252 ( DOI 10.1070 / PU2000v043n12ABEH000830 , összefoglaló ).