Het experiment van Fizeau

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

Fresnel introduceerde de meesleeffactor om het feit dat de aarde in rust leek te verkeren in de ether te verklaren of liever gezegd te compenseren. Overduidelijk waren ze op zoek naar het bewijs voor de absolute ether. Als er geen ether was, zou het onverklaarbaar zijn hoe licht, velden en krachten zoals zwaartekracht, elektrostatische en magnetische velden zich door de ruimte konden voortplanten. De drang om het bestaan van de absolute ether te bewijzen was imminent. Zonder de ether werden fysische kenmerken, zoals het transport van licht in vacuüm, onvoorstelbaar en mysterieus. Het bewijzen van het bestaan van de meesleeffactor van Fresnel was noodzakelijk. Het aantonen van de meesleeffactor was niet eenvoudig vanwege de extreme snelheid van het licht, circa 300.000 km/s.

In 1851 bedacht Fizeau een experiment met onbekende nauwkeurigheid waarmee de veronderstelde meesleeffactor van Fresnel gemeten kon worden.

Figuur 6. Het experiment van Fizeau. 

Het licht van de bron wordt verdeeld in twee stralen. Eén straal gaat met de waterstroom mee en de andere straal tegen de stroom in. Wanneer het licht in het water wordt meegesleurd, heeft het licht dat tegen de waterstroom in reist meer tijd nodig om door de buizen te gaan dan wanneer het licht met de stroom mee gaat. Dit is vergelijkbaar met het tijdsverschil dat een zwemmer nodig heeft om met of tegen de stroom in te zwemmen. De moeilijkheid hier is dat de snelheid van de "zwemmer" zo hoog is dat hij slechts 1/100.000.000 van een seconde nodig heeft om de afstand af te leggen. Het verschil tussen met of tegen de stroom in is nog veel kleiner.

Licht is een trilling met een zeer korte golflengte. Trillingen kunnen elkaar versterken of uitdoven wanneer ze elkaar ontmoeten. Het verschil tussen uitdoving en versterking, een heldere en een donkere lijn in het interferentiepatroon, is ongeveer 1/40 van een miljoenste van een meter. De interferentie van licht wordt gekenmerkt door heldere en donkere strepen: de interferentielijnen. Het gehele beeld van donkere en lichte strepen wordt het interferentiepatroon genoemd.

Het experiment van Fizeau wordt een optische interferometer genoemd en is ontworpen om zeer kleine verschillen in tijd of afstand te meten. De meesleefactor van Fresnel, , impliceert in het experiment van Fizeau een meesleuring van  interferentielijnen (λ de golflengte van het licht, v de stroomsnelheid van het water en L de lengte). Voor de afleiding van deze formule zie het volgende hoofdstuk. Fizeau registreerde tijdens zijn experiment een verschuiving van δ=0,23 in de interferentielijnen; wat duidt op een meesleeffactor f=0,48; de empirische waarde. De theoretische waarde van de meesleeffactor wordt berekend met de formulesen en wordt berekend op f=0.43. Binnen een foutmarge van ongeveer 10% bevestigde het experiment van Fizeau dus Fresnel's sleepfactor.

Volgend hoofdstuk:  Het experiment van Fizeau en de meegesleepte ether