Rychlosť svetla v hmotných sústavách.

Meranie indexu lomu svetla vzduchu zmenou tlaku vzduchu.

              Rýchlosť svetla v hmotnom prostredí u je daná absolutným indexom lomu svetla hmotného prostredia n, vyjadrené rovnicou u = c/n . Absolutný index lomu svetla je bezrozmerná fyzikálna veličina n , ktorá je pomerom rýchlosti svetla vo vákuu c delená rýchlosťou svetla v hmotnom prostredí u , vyjadrené rovnicou n = c/u . Meranie zmeny absolutného indexu lomu svetla vo vzduchu som meral zmenou tlaku vzduchu Michelsonovým interferometrom s vloženou tlakovou trubkou do jedného ramena interferometra. Zmena tlaku vzduchu v trubke vyvolá zmenu rýchlosti svetla v trubke, ktorá spôsobí zmenu fázového posunu svetelných lúčov v ramenách interferometra, ktorá sa na matnici interferometra zobrazí ako posun interferenčných prúžkov (IP). 
             Posun IP na matnici interferometra pri zmene tlaku vzduchu v trubke je dôkaz zmeny rychlosti svetla vo vzduchu v trubke. Meranie zmeny indexu lomu svetla  interferometrami dokazuje platnosť absolutného indexu  lomu lomu svetla vo vzduchu pre meranie s interferometrami, teda platnosť zákona indexu lomu svetla pre meranie s interferometrami. 

                                 Meranie posunu interferenčných prúžkov pri zmene tlaku vzduchu.

        Meranie zmeny absolutného indexu lomu svetla vo vzduchu v trubke zmenou tlaku vzduchu som previedol novým interferometrom, ktorý je zložený z Michelsonovho interferometra a tlakovej trubky vloženej do jedného ramena interferometra. Tlaková trubka má na koncoch vzduchotesne namontované planparalelné doštičky z číreho skla tak, aby svetlo prechádzalo cez trubku bez skreslenia. Interferometer je osvietený svetelným lúčom HeNe.  Obr. 1

                                      

         Meranie som previedol odsaním vzduchu z tlakovej trubky na dosiahnutelné vákum dvojstupňovou rotačnou olejovou vývevou na tlak asi 1 mb. Pomalým napúšťaním vzduchu do trubky nastáva zmena tlaku vzduchu v trubke, ktorá spôsobí zmenu rýchlosti svetla vo vzduchu v trubke. Zmena rychlosti svetla v trubke spôsobí fázový posun svetelných lúčov v ramenách interferometra, ktorý na matnici interferometra pozoru-
jeme ako posun interferenčných prúžkov. 
         Rýchlosť svetelného lúča héliového lasera vo vzduchu pri tlaku okolitej atmosféry je označená u_ha , určená je absolutným indexom lomu svetla vo vzduchu  atmosféry rovnicou u_ha = c_h/n_ha , kde c_h je rýchlosť svetelného lúča héliového lasera vo vákuu, n_ha je absolutný index lomu svetla héliového lasera vo vzduchu
 okolitej atmosféry. Index lomu svetla vo vzduchu v trubke pri tlaku p_x  je označený n_{hx .} 
          Zmena  tlaku vzduchu v trubke je snímaná ako rozdiel tlakov vzduchu v trubke p_x a tlaku vzduchu v okolitej atmosféry p_{a .} Rozdiel tlakov vo vzduchu v trubke p_x - p_a a okolitej atmosféry  je snímaný elektro-nickým tlakovým snímačom-tenzometrickým čidlom.  Súčasne je snímaný posun IP na matnici interferometra fototranzistorom ako bodová zmena jasu interferenčného poľa  k_hx. Analógové elektrické napätia z tlakové-
ho snímača a fototranzistora sú A/D prevodníkom prevedené na digitálne hodnoty a zapisované meracím programom INMES  do pämati počítača do tabulky a grafu. Z nameraných hodnôt vypočítame počet posunu-
tých IP k_hx , lineárny koeficient vzduchu k_ht pre danú trubku a zmenu absolutného indexu lomu svetla  vzduchu n_hx na zmene tlaku vzduchu v trubke. 

                                                     Výpočet posunu interferenčných prúžkov.

         Výpočet času, ktoré potrebuje svetelný lúč héliového lasera s rychlosťou  u_ha  na prekonanie dráhy vo vzduchu v atmosfére na dráhe L₁-a  bude čas t₁. Svetelný lúč vo vzduchu v trubke pri tlaku p_x s rychlosťou
 u_hx potrebuje na  dráhe a  čas t₂ . V druhom ramene interferometra svetelný lúč s rychlosťou  u_ha  vo vzduchu v okolitej atmosfére na dráhe L₂ potrebuje čas t₃ . Vyjadrené rovnicami

                                         t₁ u_ha  = L₁ - a     ,     t₂ u_hx = a     ,    t₃ u_ha = L_{2    ,}    L₁ = L₂

        Posun IP pri zmene tlaku vzduchu v trubke vyjadríme rovnicou, ktorá fázový posun svetelných lúčov v ramenách interferometra vyjadrí ako násobok vlnovej dĺžky l_ha svetelného lúča vo vzduchu v ramenách inter-ferometre  k_hx l_ha , dostaneme rovnicu  
                                                           u_ha (2t₁ + 2t₂ - 2t₃ ) = k_hx l_ha 
dosadením časov  t₁ , t₂ , t₃  do rovnici dostaneme základnú rovnicu interferometra

                                                                        
          Rovnica vyjadruje zmenu absolutného indexu lomu svetla vo vzduchu v  trubke, pri zmene tlaku vzdu-
chu p_x . Merania  som previedol Michelsonovým a Mach-Zehnderovým interferometrom s trubkami o dĺžke L₁ = 0,1 - 3 m,  pri zmene absolutného tlaku vzduchu v trubke p_x= 0,1 - 2000 mb .
           Namerané hodnoty sú  zhodné s vypočítanými hodnotami podľa absolutného indexu lomu svetla vo vzduchu. Tieto merania dokazujú platnosť absolutného indexu lomu svetla pre meranie s interferometrami.
Merania ukázali lineárny vzťah posunu interferenčných prúžkov na zmene tlaku vzduchu v meranej trubke. 
           Lineárnu závislosť posunu interferenčných prúžkov pri zmene tlaku vzduchu p_x v trubke vyjadruje lineárny koeficient  k_ht , ktorý vypočítame z nameraných hodnôt na trubke z rovnici 

                                                                                                   

           Lineárny koeficient k_ht  (mb/k/m) je smernicou priamky v lineárnej rovnici a platí pre meraní trubku o dlžka a. Lineárny koeficient k platí pre trúbku o dĺžke 1 m. Pre lineárne koeficienty platí rovnica
                                                                        k_h= 2 k_ht a                                                                   (mb / k / m).

       Dosadením do rovnicu pre zmenu indexu lomu vzduchu, čiže do základnej rovnici intreferometra dostaneme
 

         V meraniach Michelsonovým a Mach-Zehnderovým interferometrom, som nameral hodnotu lineárneho koeficientu pre vzduch k = 2,41. Namerané hodnoty sú uvedené v Protokol o merani Miche05-61, Micze05-60.                              

                                          Meranie absolutného index lomu vzduchu interferometrom.
          Namerané údaje zmeny tlaku vzduchu a posunu interferenčných prúžkov A/D prevodníkom zapísané do pamäti počítača programom INMES je znázornené grafom. 
 
                 

 

Namerané posuny interferenčných prúžkov héliovým laserom

   

Namerané posuny interferenčných prúžkov zeleným laserom

   

Namerané  údaje zmeny tlaku vzduchu a posunu interferenčných prúžkov zapísané do pamäti počítača programom INMES pre héliový laser.  

            

Namerané  údaje zmeny tlaku vzduchu a posunu interferenčných prúžkov zapísané do pamäti počítača programom INMES pre zelený laser.  

 
          
 
       Závislosť  posunutých interferenčných prúžkov na zmene tlaku vzduchu v trubke o dlžke  
      L₁=0,5 m

       

  Závislosť zmeny rýchlosti svetla na zmene tlaku v trubke

      

                                                                                 Poznatky dosiahnuté meraním.

            Výpočet posunu interferenčných prúžkov v Michelson-Morley experimente je počítaný bez existencie vzduchu v ramenách interferometra aj keď experiment bol prevedený vo vzduchu okolitej atmosféry. Výpočet  Michelson-Morleyho experimentu nepočíta s rychlosťou svetla vo vzduchu v ramenách interferometra podľa  indexu lomu vo vzduchu, teda platných zákonov optiky. Dosiaľ uvádzaný výpočet  Michelson-Morley experimentu platí pre vymyslený experiment v ktorom je ignorovaná existencia vzduchu v ramenách interferometra, a neplatí  zákon o indexe lomu svetla v hmotnom prostredí , teda zákon optiky !!  
          Pri  meraní Michelsonovým interferometrom pozorujeme dva dôležité svetelné javy na matnici interferometra. Pri turbulentnom pohybu vzduchu v ramenách interferometra nastáva skreslenie interferenčných prúžkov na matnici interferometra, to je spôsobené sčítaním rychlosti svetla vo vzduchu voči interferometru.
           Pri zmene tlaku vzduchu v trubke v jednom ramene interferometra nastáva posun interferenčných prúžkov  na matnici interferometra, to je dôkaz  zmeny rýchlosti svetla vo vzduchu v trubke, teda zmeny absolutného indexu lomu svetla vo vzduchu v trubke. 
           Tieto dva svetelné javy na matnici Michelsovoho interferometra dokazujú platnosť indexu lomu svetla vo vzduchu, teda platnosť zákonov optiky pre meranie s interferometrami !    

                                                      Konštrukcia interferometrov. 

    

 

       


                                                                                                   Literatúra.

[1] RP Feynman, RB Leighton, M. Sands: Feynmanove prednášky z fyziky 1, Alfa, Bratislava 1986

[2] Anton Štrba: Všeobecná fyzika 3 časť Optika, Alfa, Bratislava, 1979

[3] Jarmila Sládková: Interferencia svetla, SNTL, Praha 1967

[4] Dúbravcová: Vákuová a ultravákuová technika, Alfa, Bratislava 1992

[5] J. Groszkouski: Technika vysokého vákua, SNTL, Praha 1981

[6] Pavel Engst, Milan Horák: Aplikácia lasera, SNTL, Praha 1989

[7] Prídavná doska pre počítače ADC1216S, ADICOM, Praha 1994

[8] Jiří Král: Interaktívna programový system INMES, Brno 1993

[9] John Walkenbach, David Maguiness: EXCEL 5.0, Grada 1996