De sleepcoëfficiënt van Fresnel

Als je geïnteresseerd bent in natuurkunde, moet je “Unbelievable“!

Bradley observeerde de stellaire aberratie van de ster  y-Draconis in 1727. We hebben in de vorige hoofdstukken aangetoond dat de wetenschappelijke conclusie dat er geen meegesleurde ether kon zijn, voortijdig was. De aanname van de wetenschap dat meegesleurde ether niet kon bestaan, had gevolgen; de geobserveerde stellaire aberratie vindt plaats, dus er moest een andere verklaring zijn.

Het licht van een ster in een telescoop wordt gebogen naar het brandpunt. De wetenschap nam aan, om stellaire aberratie te kunnen verklaren,dat het licht van de ster in de telescoop zijwaarts bleef bewegen. Wanneer de lichtstralen van de ster loodrecht op de lens van de telescoop vallen, zou het beeld van de ster zich naast het middelpunt bevinden vanwege de veronderstelde voortdurende zijwaartse beweging van het licht in de telescoop.

De manier waarop wetenschappers blijkbaar aannamen dat stellaire aberratie in de telescoop werd bereikt, is vergelijkbaar met een kogel die op het hart is gericht. Het slachtoffer beweegt zo snel mogelijk opzij om de kogel te ontwijken. De kogel raakt het hart op een andere plek dan waar de schutter op mikte, omdat het slachtoffer zijwaarts bewoog. De wetenschap betoogde daarom dat als de telescoop met water zou zijn gevuld, de waargenomen aberratie zou moeten toenemen. Licht reist langzamer in water dan in een vacuüm of in lucht.

Vanwege de afname van de lichtsnelheid in water werd aangenomen dat het licht in de telescoop, wanneer deze met water gevuld is, meer tijd had om zijdelings te bewegen en dat de aberratie daardoor zou toenemen. De lichtsnelheid in water is  c  gedeeld door de brekingsindex  n van water. De index van water is ca.  n=1,33. Het licht van de ster zal langer in de telescoop verblijven wanneer deze met water is gevuld. De lichtbundel heeft meer tijd om zijdelings te bewegen en daarom verwachtte de wetenschap een toename van de stellaire aberratie met een factor 1,33.

Om onze analogie met het slachtoffer voort te zetten: het slachtoffer wordt nu met een pijl beschoten. De pijl is opnieuw precies op het hart gericht. Het slachtoffer rent zo hard als hij kan zijwaarts, en omdat de pijl er langer over doet om het hart te bereiken, moet de plek waar het hart wordt doorboord verder naar de zijkant liggen. Het slachtoffer heeft meer tijd om zijwaarts te bewegen voordat de pijl zijn hart raakt.

In 1871 voerde Sir Geofry Air dit experiment uit. Hij stelde echter geen enkele toename in aberratie vast. De aberratie van de ster was hetzelfde, of de telescoop nu met water gevuld was of niet! Dit was geen grote verrassing, want in 1818 had Fresnel gepostuleerd dat er een "drag-factor" zou zijn.

Fresnel kwam tot deze conclusie nadat Arago had geobserveerd dat de aarde altijd "in rust" lijkt te zijn in de ether. De wetenschap had echter eerder geconcludeerd dat de meegesleurde ether niet bestond. Er moest een sleepfactor worden geïntroduceerd om de tegenstrijdigheid tussen "altijd in rust in de ether" (Arago) en het veronderstelde "niet-bestaan" van de meegesleurde ether te "verklaren".

Nu had de wetenschap zich moeten afvragen of dit wel correct was. Blijkbaar was de wetenschap zo gefixeerd op het zoeken naar absolute ether, dat dit overduidelijke teken werd genegeerd. Dus om het uitblijven van een toename in stellaire aberratie uit te leggen wanneer de telescoop met water was gevuld, moest er een meesleeffactor worden geïntroduceerd!

Bovenstaande is een zeer kort historisch overzicht van de pogingen van wetenschappers om stellaire aberratie te verklaren. Het is moeilijk om hierin enige logica te vinden. Er werden vreemde concepten voorgesteld door wetenschappers om de fenomenen te verklaren, omdat de enige logische verklaring werd ontkend.

De sleepfactor van Fresnel is:

f   is de sleepfactor van Fresnel en n  de brekingsindex.

Over het algemeen kan men stellen dat natuurkundigen in de 19^e  eeuw er sterk van overtuigd waren dat er een absolute ether bestond waarin licht in alle richtingen met dezelfde snelheid c beweegt. Men nam aan dat de ether absoluut was omdat experimenten aangaven dat, ongeacht de omstandigheden, de lichtsnelheid altijd c was. De absolute ether was dan het veronderstelde medium in vacuüm waarlangs licht zich voortplant. De absolute ether wordt beschouwd als zijnde in rust, terwijl alle sterren en planeten bewegen ten opzichte van de absolute ether. Wanneer de ether niet beïnvloed kan worden door iets anders dan deze ether, dan is deze ether absoluut. Alleen als de aarde in rust is ten opzichte van de absolute ether, zal licht met gelijke snelheid in alle richtingen reizen. Wanneer de aarde beweegt in de absolute ether, kan de lichtsnelheid niet in alle richtingen hetzelfde zijn, omdat het licht in de ether in alle richtingen met c beweegt. Wanneer de aarde zich beweegt ten opzichte van de ether, kan de lichtsnelheid op aarde niet in alle richtingen c zijn, omdat het licht in de absolute ether in alle richtingen met c beweegt; je kunt niet beide tegelijk hebben.

In experimenten werd waargenomen dat de lichtsnelheid in alle richtingen altijd c was. De meegesleurpte ether werd ontkend, waardoor de enige mogelijke vorm van ether die overbleef de absolute ether was. Omdat de aarde op haar baan rond de zon niet altijd in rust kan zijn ten opzichte van de absolute ether, moet er een fysiek proces zijn dat verklaart waarom de aarde in rust lijkt te zijn ten opzichte van de absolute ether. De sleepfactor van Fresnel was een mogelijke verklaring.

Volgende hoofdstuk:  Het experiment van Fizeau