آزمايش فيزو

فيزيكدانان براي اين‌كه ببينند سرعت نور چگونه تحت تأثير محيط قرار مي‌گيرد. «فيزو» براي اولين بار آزمايشي انجام داد كه اين مسأله را تا حدودي روشن مي‌كرد. «فيزو» بر آن شد كه با استفاده از لوله‌اي كه در آن آب در جريان است «سرعت نور» را در جهت‌هاي مختلف اندازه بگيرد. تغيير در «سرعت صوت» محسوس است ولي در مورد نور كاملا نا‌محسوس است.

نوري تك‌رنگ از لامپ جيوه‌اي L بر صفحه‌ي شيشه‌اي ^p₁ مي‌تابد. اين صفحه‌ي شيشه‌‌اي با لايه‌ي بسيار نازكي از نقره اندود شده كه ضخامت آن درست به‌اندازه‌اي است كه نيمي از نور تابيده بر‌آن را منعكس كند؛ در صورتي كه نيم ديگر از آن مي‌گذرد و به‌وسيله‌ي آينه‌‌ي M₁ منعكس مي‌شود.

در نتيجه دو پرتو موازي نور هم‌شدت به‌دست مي‌آيد كه داراي ارتعاش‌هاي هم‌زمان‌اند. اين دو پرتو نور از دو لوله‌‌ي T₁ و T₂ مي‌گذرند و سپس به‌وسيله‌ي صفحه‌ي شيشه‌اي p₂ و آينه‌ي M₂ دوباره‌ بر هم منطبق مي‌شوند. 

شكل 1

اگر آب و لوله‌ها هر دو بي‌حركت باشند‌ دو پرتو «هم‌فاز» در چشم ناظر E وارد مي‌شوند‌ (يعني فراز بر فراز و نشيب بر شيب) و با افزوده شدن برهم، شدت اوليه را به‌دست مي‌دهند.

ولي اگر آب درون دو لوله‌ در دو جهت مخالف يكديگر حركت كند و امواج نور را با خود بكشد امواج پرتو پاييني زودتر از امواج پرتو بالايي به چشم E خواهد رسيد و اگر اختلاف درست نصف طول‌موج باشد تداخل مخرب (فراز بر نشيب و نشيب بر فراز) صورت خواهد گرفت.

ما مي‌توانيم يك تخمين تقريبي بزنيم كه با چه سرعتي اّب بايد در p حركت كند تا اين اختلاف فاز توليد شود.

«طول لوله» در آزمايش فيزو تقريبا 5/1 متر يا 150 سانتي‌متر بود و «طول موجي» كه به‌كار رفت در حدود 5/0 ميكرو متر بود؛ به‌طوري كه يك دسته امواج به‌طول 3 متر در لوله پديد مي‌آمد.

براي آن‌كه اين عدد به اندازه‌ي نيم طول موج تغيير كند (از 3 ميليون به نيم ميليون)، سرعت نور در لوله‌اي كه در آن جاري است بايد به‌اندازه‌ي  افزايش يا كاهش يابد.  چون سرعت نور در آب تقريبا است.


سرعت جريان آب براي به‌دست آوردن اين نتيجه بايد حدود باشد كه نسبتا زياد است ولي سرعت امكان‌پذير جريان آب است كه در لوله‌هاست.

از اين‌رو ممكن است با مشاهده‌‌ي نوارهاي تداخلي در اين آزمايش به وجود تغييرهاي سرعت نور مورد نظر پي برد.

با انجام اندازه‌‌گيري‌هاي صحيح با سرعت‌هاي متغير جريان آب، فيزو به نتيجه‌اي رسيد كه مابين دو امكان مورد انتظار بود. سرعت نور در آب جاري متفاوت بود با سرعت نور در آب ساكن.

اما اين متفاوت از سرعت جريان آب بود. از جابه‌جا شدن مشهود نوارهاي تداخلي وي دريافت كه سرعت نوري كه در امتداد جريان آب منتشر مي‌شود به‌اندازه‌ي 44 درصد سرعت آب افزايش يافته است. حال آن‌كه از سرعت نوري كه در امتداد مخالف جريان آب انتشار مي‌يابد به همين اندازه كاسته شده است.

وقتي كه مايعات ديگري به‌كار رفت كشش وارد بر نوري كه در آن‌ها انتشار مي‌يافت مقادير عددي مختلفي را به‌‌دست داد. معلوم شد كه سرعت نور در يك سيال متحرك مي‌تواند عموما به‌وسيله‌ي رابطه‌ي ذيل بيان مي‌شود:

(رابطه ِ 1)

كه در آن n ضريب شكست سيال مورد نظر و V سرعت حركت سيال است.

«فيزو» و هيچ كس ديگر هم در آن زمان نتوانستند تصور كنند كه اين رابطه چگونه تفسير و تعبير شود و اين موضوع تا نيم قرن بعد به همين حال باقي ماند تا وقتي كه «آلبرت آينشتاين» نشان داد اين فرمول نتيجه‌ي مستقيمي از «نظريه‌ي نسبيت» است.