Ю.М.Галаев. Институт радиофизики и электроники НАН Украины, г

Институт радиофизики и электроники НАН Украины, г. Харьков

Предложены метод и устройство для измерения анизотропии скорости света в вязких средах. Изготовлено измерительное устройство и выполнена его экспериментальная апробация. Результаты испытаний сопоставлены с итогами предшествующих экспериментов. Показаны наблюдаемость, воспроизводимость и повторяемость эффектов анизотропного распространения света. Устройство может использоваться для изучения течения газов в трубах.

В настоящей работе для прямого измерения эффектов анизотропного распространения света предложены метод и устройство первого порядка действие которых основано на известных в гидродинамике законах развития течений вязких жидких и газообразных сред в трубах [22,23]. Принцип действия можно пояснить следующим. Поместим отрезок трубы в потоке газа так, что продольная ось трубы будет перпендикулярна вектору скорости потока. В этом случае оба открытых конца трубы находятся в одинаковых условиях по отношению к внешнему потоку газа. Перепада давления газа на концах трубы не возникает, и газ внутри трубы неподвижен. Теперь повернем трубу так, что вектор скорости потока газа направлен вдоль оси трубы. В этом случае скоростной напор газа создаст на концах трубы перепад давления, под действием которого в трубе развивается течение газа. Время развития течения газа в трубе и скорость установившегося течения газа определяются значениями кинематической вязкости газа, геометрическими размерами трубы и скоростью внешнего потока газа [22,23]. Важно отметить, что развитие течения газа в трубе, до установившегося значения скорости течения, занимает конечный отрезок времени. Рассмотренная идея дает возможность предложить метод измерения, чувствительный к анизотропии скорости света, и схему устройства для измерения величины анизотропии и кинематической вязкости физического вакуума. Так, согласно исходной гипотезе свойства физического вакуума определяют скорость распространения электромагнитных волн. Это означает, что скорость электромагнитной волны относительно наблюдателя является суммой векторов скорости волны относительно физического вакуума и скорости физического вакуума относительно наблюдателя. В этом случае, если построить оптический интерферометр, в котором один луч света проходит внутри полой трубы, а другой вне трубы, во внешнем потоке физического вакуума, и повернуть интерферометр в потоке физического вакуума, то можно ожидать, что на протяжении времени установления в трубе движения физического вакуума должно наблюдаться смещение полос интерференционной картины относительно их начального положения. При этом величина смещения полос будет пропорциональна скорости внешнего потока физического вакуума, т.е. величине анизотропии скорости света, а время возврата полос к их начальному положению, будет пропорционально значению кинематической вязкости физического вакуума. Предложенные метод и устройство измерений являются методом и устройством первого порядка, поскольку не требуется возвращать луч света в исходную точку. Рассмотрим возможность их реализации.

Для описания движения физического вакуума в трубах воспользуемся математическим аппаратом гидродинамики, который развит в работах [22,23] для дозвуковых скоростей течений жидкостей и газов.

Рис.1. Труба в потоке газа

На рис.1 показан отрезок круглой цилиндрической металлической трубы длиной l_p , который находится в потоке физического вакуума. Направление потока обозначено тонкими наклонными линиями со стрелками. Продольная ось трубы расположена горизонтально и совместно с вектором скорости физического вакуума лежит в вертикальной плоскости, которую представляет плоскость рисунка. Будем полагать, что поток физического вакуума, действующий со стороны внешней поверхности трубы, не приводит в движение вакуум во внутренней полости трубы, поскольку эти части пространства разделены металлической стенкой трубы. (Здесь учтено упомянутое выше предположение Миллера об экранирующем действии металлических покрытий оптических путей интерферометров [14].) Горизонтальная составляющая скорости потока физического вакуума W_h , действующая со стороны открытого торца трубы, создает в трубе движение вакуума со скоростью w_pa . Следовательно, металлическая труба является направляющей системой для потока физического вакуума. Повернем трубу в горизонтальной плоскости так, что ее продольная ось займет положение перпендикулярное плоскости рис.1 или, что аналогично - перпендикулярное вектору скорости физического вакуума. В этом положении оба открытых торца трубы находятся в одинаковых условиях по отношению к потоку физического вакуума, перепад давления D p на отрезке трубы длиной l_p равен нулю и в соответствии с выражением (5) скорость движения вакуума в трубе равна нулю. В момент времени t ₀ повернем трубу в исходное положение. В этом случае открытые торцы трубы находятся в разных условиях по отношению к потоку физического вакуума. Горизонтальная составляющая скорости W_h создаст на отрезке трубы перепад давления D p, под действием которого в трубе будет развиваться движение физического вакуума.

Рис.2. Изменение во времени скорости движения жидкости в трубе

Пропустим вдоль оси трубы луч света.

Можно записать, что фаза световой волны на отрезке длиной l_p изменится на величину j

(11)

где f – частота электромагнитной волны; V – скорость света в трубе. Согласно исходной гипотезе свойства физического вакуума определяют скорость распространения электромагнитных волн. Из этого следует, что если в трубе длиной l_p существует поток физического вакуума, скорость которого изменяется во времени, то и фаза световой волны на отрезке трубы длиной l_p, будет изменяться во времени в соответствии с изменением во времени скорости движения физического вакуума w_p (t). Тогда выражение (11) получит вид

(12)

где c – скорость света в физическом вакууме, неподвижном относительно наблюдателя. В выражении (12) знак " + " применим, когда направление распространения света совпадает с направлением движения физического вакуума в трубе, а знак "-", когда эти направления противоположны. Величина j (t) может быть измерена с помощью оптического интерферометра.

В настоящей работе использована схема интерферометра Рождественского [24]. На рис.3 представлена схема интерферометра с трубой и показаны его основные узлы: 1 – осветитель; 2 – отрезок металлической трубы; 3 – окуляр со шкалой; P₁, P₂ – плоскопараллельные полупрозрачные пластины; M₁, M₂ – зеркала. Ход лучей показан толстыми линиями со стрелками. Один из лучей света проходит вдоль оси трубы и на рисунке показан пунктирной линией. Длина трубы l_p» P₁M₂. Узлы P₁, M₁ и P₂, M₂ устанавливаются попарно параллельно.

Рис.3. Схема оптического интерферометра

M₁, M₂ устанавливаются друг относительно друга на малый угол. Углы i ₁, i ₂ – углы между нормалями к плоскостям зеркал M₁, M₂ и лучами, падающими на них. Расстояния P₁M₁ = M₂P₂ = l ₁, M₁P₂ = P₁M₂» l_p . В классическом случае, если не учитывать движение физического вакуума, действие интерферометра сводится к следующему. Луч света с длиной волны l разделяется пластиной P₁ на два луча, которые после отражения от зеркал M₁ и M₂ и прохождения пластины P₂ оказываются параллельными с разностью фаз [24]

(13)

Углы i ₁ , i ₂ устанавливаются при настройке интерферометра так, чтобы в окуляре 3 наблюдалась интерференционная картина. (Узлы настройки на схеме условно не показаны.) В настроенном интерферометре величина d = const. В правой части рис.3 семейство стрелок обозначает движение физического вакуума со скоростью W_h . Если разместить узлы интерферометра на горизонтальном вращающемся основании, то такой прибор можно поворачивать в потоке физического вакуума. Ось вращения перпендикулярна плоскости рисунка и обозначена как A_i .

Рассмотрим действие интерферометра с трубой (рис.3) в потоке физического вакуума. Положение полос интерференционной картины относительно шкалы окуляра 3 определяется разностью фаз лучей света, которые распространяются по путям P₁M₂P₂ и P₁M₁P₂ .

Действие интерферометра с трубой, в установившемся режиме работы, не отличается от действия интерферометра Рождественского. В обоих интерферометрах положение полос интерференционной картины определяется начальной разностью фаз d. Интерферометр с трубой, в установившемся режиме работы, не чувствителен к скорости движения физического вакуума, и с помощью такого устройства нельзя показать наличие или отсутствие оптической анизотропии пространства, обусловленного движением вакуума.

В динамическом режиме работы интерферометра, изменение во времени нормированной величины смещения полос интерференционной картины D (t)/ D (t ₀) будет иметь вид, представленный на рис.4. Рисунок 4 иллюстрирует сделанный выше вывод, что интерферометр с трубой, в динамическом режиме работы, чувствителен к скорости движения внешнего потока физического вакуума W_h , и с помощью такого устройства можно показать наличие или отсутствие оптической анизотропии пространства, обусловленного таким движением. Из рис.4 и выражения (22) следует, что если в момент времени t ₀ измерить величину смещения полос D (t ₀)

Рис.4. Смещение полос интерференционной картины в динамическом режиме работы интерферометра

относительно их начального положения на шкале окуляра интерферометра, то можно найти скорость движения физического вакуума W_h

. (24)

Выражения (22), (24) и рис.4 иллюстрируют реализуемость предложенного метода прямого измерения анизотропии скорости света, в котором не требуется, как в интерферометре Майкельсона, возвращать луч света в исходную точку. В выражении (22) измеряемая величина D пропорциональна первой степени отношения скорости физического вакуума (величины анизотропии) к скорости света (W_h / c).

Следовательно, предложенные метод и устройство являются методом и устройством первого порядка для прямого измерения анизотропии скорости света.

Поиск по сайту: