13. UTICAJ KRETANJA VODE NA BRZINU SVETLOSTI (FIZOOV OPIT)
 
   Smatra se da je rezultat Fizoovog opita navodno najjači dokaz ispravnosti Specijalne teorije relativnosti, na šta se i sam Ajnštajn uporno pozivao. Zbog toga treba pažljivo analizirati kako je opit izvršen kao i primenu rezultata tog opita za potvrđivanje Specijalne teorije relativnosti.
   Ovaj opit ima fundamentalan značaj i spada u najvažnije opite izvedene u XIX veku. Rezultati opita su ostali neobjašnjeni, a posledice toga su bile dalekosežne. Opit je izvršen sa ciljem da se utvrdi kako kretanje vode utiče na brzinu svetlosti, koja se rasprostire u njoj, a što je bilo vezano za tadašnje izučavanje osobina etra i njegove veze sa providnim telima koja se kreću.
   Opit je prvi izveo Fizo 1851. godine, a ponovio ga je kasnije Majkelson i drugi. Merenje je zasnovano na merenju razlike u interferenciji dva snopa svetlosnog zračenja propuštena kroz nepokretnu vodu i kroz vodu koja se kreće. Šema eksperimenta data je na slici 13.1.

Slika 13.1

   Snop svetlosti dolazi iz izvora zračenja na poluprozračno ogledalo 1 i deli se na dva po intenzitetu jednaka dela. Jedna polovina () ide kroz cev 2 sa vodom u pravcu ogledala 3, gde se reflektuje i preko drugog poluprozračnog ogledala 4 dolazi u oko posmatrača. Druga polovina () odlazi ka ogledalu 5 od koga se reflektuje i prolazi kroz cev sa vodom i poluprozračno ogledalo 4 ka oku posmatrača. Posmatrač tako vidi interferentnu sliku u vidu traka čiji položaj i rastojanje utvrđuje pri nepokretnoj vodi. Zatim se voda u cevi dovodi u stanje kretanja i pri tome utvrđuje pomeraj interferentnih traka.
   Dužina cevi pri jednoj varijanti opita bila je 1,5 m, a brzina kretanja vode u cevi 7 m/s.
   Očekivani pomeraj interferentnih traka lako je izračunati, ako se učine jednostavne pretpostavke o uzajamnom odnosu etra i vode. Brzina svetlosti u nepokretnoj vodi manja je od brzine svetlosti u etru, odnosno vakuumu. To smanjenje je određeno indeksom prelamanja vode ili gde je brzina svetlosti u vodi i indeks prelamanja vode.
   U odnosu na sistem koordinata vezan za nepokretne cevi i ogledala brzina svetlosti će biti jednaka na putu i ako se etar ne povlači sa vodom i različita ako se etar povlači sa vodom. U drugom slučaju zraci i imaće različita vremena prolaska kroz vodu i , jer je brzina svetlosti u odnosu na cev () i (), gde je brzina kretanja vode, pa je

(13.1)

i razlika vremena prolaska zraka kroz vodu je

(13.2)

   Toj razlici vremena odgovara razlika hoda talasa

(13.3)

ili izraženo u talasnim dužinama

(13.4)

   Za slučaj da voda ne povlači etar je = 0 jer je . U tom slučaju nema ni pomeraja interferentnih traka. Za slučaj potpunog povlačenja etra taj pomeraj bi morao iznositi . Ako voda delimično povlači etar onda bi brzina svetlosti u odnosu na cev bila , gde je koeficijent povlačenja etra sa vodom. Tada bi pomeraj bio

(13.5)

   Fizo, a za njim i Majkelson i drugi istraživači otkrili su pomeraj, ali je njegova veličina bila oko dva puta manja od očekivanog, to jest bilo je = 0,46 kod meranja Fizoa i = 0,434 ± 0,02 kod znatno kasnijeg meranja. Za slučaj vode je

   Tako je Fizo došao do zaključka da etar biva delimično povlačen pokretnom sredinom, pri čemu je koeficijent povlačenja , sa velikim stepenom tačnosti, jednak (), gde je indeks prelamanja te pokretne sredine, pa je

(13.6)

iz čega proizilazi da je brzina svetlosti u pokretnoj vodi u slučaju kada se voda kreće u istom smeru kao i svetlost

(13.7)

i u slučaju kada se voda kreće u suprotnom smeru od smera kretanja svetlosti

(13.8)

   Frenel (Fresnel) je pretpostavio da etar prolazi kroz tela i da je u telima gušći nego izvan tela. Tako je po Frenelu gustina etra u vakuumu i gustina etra u telu pa je

   Etar je tretirao kao fluid, a svetlost prema zakonima mehaničkog kretanja. Na toj osnovi on je na složen način izveo jednačine za brzine kretanja svetlosti u telima koja se kreću, iz kojih proizilazi da tela povlače sa sobom etar samo delimično. Veličina tog povlačenja data je koeficijentom čija je veličina kao i kod Fizoa ().
   Herc je tvrdio da tela potpuno povlače etar što je opovrgnuto eksperimentom. Međutim i tvrđenje o delimičnom povlačenju etra pada pred činjenicom da jedna materija može imati različite indekse prelamanja za različite talasne dužine svetlosti, pa bi za svaku talasnu dužinu trebalo da se različito povlači etar, što je neodrživo.
   Prema Teoriji relativnosti određivanje brzine svetlosti u sredini koja se kreće brzinom u odnosu na posmatrača, vrši se prema relativističkim stavovima o sabiranju brzina. Relativistička formula za sabiranje i oduzimanje brzina i , koja će biti kasnije detaljnije analizirana, u opštem obliku glasi

(13.9)

   Tako, ako je brzina svetlosti u vodi koja se ne kreće i brzina kretanja vode, onda je relativistički zbir brzina i istog smera

(13.10)

i razlika brzina kada se voda kreće u suprotnom smeru od smera kretanja svetlosti

(13.11)