Дорошев Василий Петрович : другие произведения.

Способ и устройства для лабораторного определения анизотропии скорости света

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками
 Ваша оценка:
sposob

                                                              Дорошев В.П.

Способ и устройства для лабораторного определения анизотропии скорости света

Введение
     Суть поставленной задачи состоит в следующем.
   1. Принципиально невозможно измерить 'одностороннюю' скорость света. Измеряема только скорость света 'туда- сюда'. Связано это с тем, что в неизотопном пространстве отсутствует возможность  корректно синхронизировать разнесенные часы.
   2. Отмеченное в п.1 приводит к тому, что  экспериментально  невозможно обнаружить анизотропию пространства, даже если она существует.
  3. Поэтому договорились считать скорость света 'туда' равной скорости света 'сюда'. Тем самым, было  введено вынужденное соглашение об изотропности пространства.
    4.В предложенном способе и устройстве удалось избежать операции синхронизации часов.


 
1. Описание способа
      Существо способа заключается в измерении разности фаз гармонического сигнала, возникающего при параллельном однонаправленном прохождении его в средах с различными диэлектрическими свойствами (Рис.1).

[]

Рис.1. Структурная схема способа
    Излученный антенной А0 сигнал E0 генератора Г по двум параллельным каналам 1 и 2 принимается антеннами А1 и А2. Причем, сигнал E1 канала 1 распространяется в среде с коэффициентом преломления n1 , а сигнал E2 канала 2 распространяется в среде с коэффициентом преломления n2 . Общая длина каналов - L. Оба сигнала E1 и E2 подаются на измеритель разности фаз, состоящий из перемножителя П, интегратора И, индикатора Ф.
    Источник Г излучает сигнал в виде монохроматической электромагнитной волны в обоих каналах
E0 = E0а sin ω t.

    Электрические сигналы на выходе антенн A1 и A2 можно записать в виде
E1 = E1а sinω(t - L/C);    E2 = E2а sinω(t - nL/C); (1)

    Фазу принимаемого сигнала определяют члены
β1 = ωL/C;    β2 = ωnL/C. (2)

    Исследуем поведение разности фаз
Δβ= ( β2 - β1)    (3)
    в движущейся со скоростью V относительно эфира системе (Рис.2).

[]

Рис.2.Движение жесткого основания с излучателем А и приемниками В с классической точки зрения

    На основе Рис.2 можно записать
AC = L cosα ;    AG = L cosα + VΔ t;    EG = L sinα ; (4)
где, Δt - время, прохождения луча от излучателизлучателемя к приемнику.
    Откуда, длина пути света составит
AE = √ (AG2 + EG2) = L √(1 + 2γ cosα + γ2), (5)
где, γ = V Δt/L.
    При малых углах α можно записать (5) в виде
AE = L + VΔ t cosα(6)

   Что дает
Δ t = L/C(1 + V cosα /C)

    Для канала 1
Δt1 = AE/C = L/C (1+ V cosα /C). (7)

    Для канала 2
Δt2 = AE/C = nL/C(1 + V n cosα /C). (8)

   Домножив (7) и (8) на ω, находим β1 и β2, а затем и разность фаз
Δβ= (β2 - β1) = ωL [(n - 1) + V/C (n2 - 1) cosα ]/C . (9)

    Из (9) следует, что, что эффект смещения фазы приема двух сигналов зависит от первой степени отношения v/c и при совпадении направления движения прибора с его осью ( α = 0) становится максимальным.
   
2.Конструкция установки
    Устройство смонтировано на общем поворотном диэлектрическом столе (Рис.3). Электромагнитные волны подаются по направляющим линиям 1 и 2, причем в канале 2 линия помещена в диэлектрическую среду (фторопласт).

[]

Рис.3. Конструкция поворотного стола
1 - излучатель с автономным источником питания; 2 - измеритель разности фаз с автономным источником питания; 3 - стол; 4 - подвес
    Для обеспечения режима работы перемножителя на максимальной скорости изменения монохроматического сигнала его период T и длина распространения L сигналов должны быть связаны соотношением
L = CT/n. (10)


    Общая нестабильность измерения фазы должна быть не хуже сотой процента.
    В силу того, что поворот установки на 360 градусов, как целого, происходит за 2...3 секунды, то температурные и временные дрейфы параметров (геометрических и электрических) могут быть незначительными.
    Калибруется устройство без диэлектрика в канале 2 по нулевому значению разности фаз при любом угле поворота.
    Установка допускает её перенос, а это значит, что специального помещения без металлических конструкций - не потребуется и эксперимент можно провести на открытом пространстве.
 

3.Ориентировочные параметры установки    
    1.Частота сигнала f ~ 200 МГц.
    2.Мощность, развиваемая генератором Г ~ 10...20Вт.
    3.Волновое сопротивление каналов 50 Ом.
    4.Эффективная шумовая полоса около 2 Гц.
    5. Размеры 2,5 × 2,5 × 2,5 м.
 
4. Оптический однонаправленный интерферометр
    Для получения необходимой чувствительности представленный выше способ требует проводить измерения на высоких частотах и мощностях гармонического сигнала. Кроме того, измерения разности фаз проходят в условиях существенных шумов и помех.
    Размеры установки тоже достаточно велики для её вращения и перемещения.
    Полученные автором результаты электронной обработки сигналов для измерения малых разностей фаз не позволили пока достичь необходимого разрешения. Достигнутое в настоящий момент разрешение составило всего 10 км/сек.
    Отмеченные выше недостатки привели автора к другому техническому решению, основанному так же на прохождении гармонического сигнала сред с разным n.
    В качестве монохроматического сигнала следует применить излучение лазера, а в качестве среды распространения его света - кристалл с духлучевым преломлением (Рис.4).

[]

Рис.4.Оптический однонаправленный интерферометр; 1 - кристалл с двухлучевым преломлением; 2 - собирающая линза или зеркало для одного из лучей; Л - лазер; ФЭ - фотоэлемент или микроскоп; И - индикатор (наблюдатель)

     Если кристалл с двухлучевым преломлением просвечивать монохроматическим лазером, то фазовый сдвиг на выходе обыкновенного и необыкновенного лучей составит

Δβ= ωL [(n2 - n1) + V/C (n22 - n12) ]/C = ωL [(n2 - n1)[1+ V/C (n2+ n1) ]/C. (11)

где n2 и n1 - коэффициенты преломления света, например, исландского шпата; θ - угол падения луча лазера на кристалл.
    На частотах видимого участка спектра при ω = 2 πf = 6,28 *6 1014Гц (красный лазер), L = 3см исландского шпата (n2= 1,658  n1 = 1,486) и α = 0°, θ = 10°, сдвиг фаз будет определятся соотношением

Δβ ≈ 104(0,37 + 6,8 V/C). (12)

   На выходе кристалла лучи направляются на экран для формирования интерференционной картины. Если будет иметь место анизотропия скорости света, то эта картина должна изменяться при изменении положения установки в пространстве.

5.Критика способа

  При выводе формулы изменения фазы гармонического сигнала в каналах прибора предполагалось, что он  движется со скоростью v относительно наблюдателя.
Это положение приводит к следующему:
  1. Невозможности зафиксировать показании прибора, который 'мчится с космической скоростью' относительно земного наблюдателя.
2. Отсчет показаний с неподвижным наблюдателем возможен лишь в случае несуществующего 'эфирного ветра', 'обдувающего'  прибор  или
3. Переходе к другой системе отсчета, например связанной с центром Солнца. Однако в этом случае придется фиксировать показания прибора в течение года, что неизбежно приведет к ошибкам за счет временного и температурного дрейфа его параметров.
   Кроме того, для изучения неизотропии скорости света придется весьма  точно измерять скорость Земли на всех участках орбиты.
  4. И,  главное, для таких длительных  измерений 'прибор для исследования неизотропии скорости света' давно создан - это телескоп, направленный на  далекую звезду и измеряющий угол звездной аберрации.
   5.Следует отметить, что неизотропия скорости света могла быть давно обнаружена, например, невероятно чувствительным прибором для регистрации гравитационных волн LIGO, который есть, по существу, измеритель местной, временной неизотропии пространства.
Вывод: я оказался никудышным теоретиком, если  сразу не заметил дефект, делающей бессмысленным реализацию прибора.    
    
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"