Verstoring door centrifugale krachten
Fotonen ontstaan in de onderstroom van de lichtbron en krijgen daar dus in principe automatisch de beginsnelheid van de (voldoende zware) bron mee. Maar het meekrijgen van deze snelheidsverandering in de onderstroom is bij fotonen een gevoelig proces.
Wanneer de beweging van een lichtbron niet lineair, maar roterend is, ontstaan er ook onderstromen in de richting van de raaklijnen aan de rotatiecirkel. De de ter aanvulling toegestroomde subta moet ergens heen en dit leidt tot een in alle richtingen naar buiten gerichte onderstroom. Deze naar buiten gerichte subtastroming veroorzaakt de bekende centrifugale krachten.
Maar deze extra subtastromen verstoren de snelheidsverandering van fotonen die net in de onderstroom ontstaan zijn. Daarom wordt door een roterende lichtbron (of door een roterende spiegel) geen snelheidsverandering aan de uitgezonden fotonen meegegeven. Een eventueel aanwezige lineaire snelheidscomponent wordt direct omgezet in een frequentieverandering.
In hoeverre rotatie een verstorend effect heeft op de snelheidsverandering van het licht wordt bepaald door de sterkte van de centrifugale krachten.
Het Sagnac effect
In 1913, dus al weer geruime tijd na de eerste uitvoeringen van het Michelson en Morley experiment (MME), publiceerde Sagnac de resultaten van een experiment waarbij licht, na een splitsing in twee tegengestelde richtingen, een volledige rondgang maakte via een aantal, op een draaibaar plateau geplaatste, spiegels. Het resultaat was een sterk 1e orde effect als functie van de rotatiesnelheid van het plateau.
In het Sagnac experiment wordt niet de invloed onderzocht van een nagenoeg lineaire beweging (bijvoorbeeld de beweging van de aarde rond de zon) zoals in het MME, maar het onderzoekt de invloed van een roterende beweging met sterke centrifugale krachten. Maar toch is er ook een duidelijke overeenkomst, want in beide experimenten doorloopt het licht twee verschillende racebanen, die op een detectiepositie weer bij elkaar komen.
Wij hebben al eerder geconstateerd dat bij een racebaan die deel uitmaakt van een bewegend systeem, tijdens het lopen van de race, de lengte van de afgelegde weg verandert. Dit gebeurt ook in een Sagnac opstelling: de door het met de draairichting mee gaande licht afgelegde weg wordt verlengd en de door het tegen de draairichting in gaande licht afgelegde weg wordt verkort.
Maar er is geen snelheidsverandering mogelijk
De veranderingen in de door het licht in het MME afgelegde weg worden volledig gecompenseerd door een overeenkomstige verandering in de snelheid van het licht over deze weg. Maar het licht in een Sagnac opstelling roteert en ondergaat dan ook sterke centrifugale krachten, die het optreden van een snelheidsverandering verhinderen. Het gevolg is dat er bij de detector in dit geval wél een interferentie effect gevonden wordt. Dit Sagnac effect heeft precies de grootte van het (niet door een snelheidsverandering gecompenseerde) verschil in afgelegde weg.
Of deze gang van zaken bij een roterende beweging inderdaad optreedt, zal blijken uit de relatieve tijd van aankomst van de twee lichtsignalen, wat onderzocht wordt in mijn toetsingsexperiment 6 (zie onder TOETSINGSEXPERIMENTEN 4 T/M 10).
Copyright © 2019 Ruimte, Beweging en Tijd: Drs. C.H.J.M. Opmeer