14. NOVO OBJAŠNJENJE REZULTATA FIZOOVOG OPITA
 
   Kao što je dobro poznato, svetlost se sporije kreće kroz transparentne materijalne sredine nego kroz vakuum. Brzina svetlosti je utoliko manja ukoliko je indeks prelamanja te sredine veći i data je izrazom

(14.1)

   Postavlja se pitanje: "Zašto se svetlost sporije kreće kroz materiju nego kroz vakuum?" Odgovor na to pitanje mogao bi biti sledeći.
   Pri kretanju fotona kroz transparentnu materiju isti bivaju apsorbovani od strane te materije (atoma ili molekula) da bi posle vrlo kratkog vremena bili emitovani, a zatim posle izvesnog vremena ponovo bili apsorbovani i tako neprekidno do izlaska iz te sredine. Emisiju fotona stimuliše foton, koji nailazi na pobuđeni atom ili molekul, tako da ostaje isti smer kretanja emitovanog fotona i fotona koji je stimulisao tu emisiju. Tako se smer zračenja kroz transparentnu materiju ne menja. Ova pojava je dobro poznata kod lasera kao stimulisana emisija zračenja.
   Ukupno vreme zadržavanja fotona u stanju apsorpcije zavisno je od indeksa prelamanja sredine. Ukupno vreme prolaska fotona kroz transparentnu meterijalnu sredinu sastoji se od vremena kretanja fotona kroz tu sredinu brzinom, koja je jednaka brzini svetlosti u vakuumu i vremena zadržavanja fotona u stanju apsorpcije. Iz toga sledi

(14.2)

gde je ukupno vreme prolaska fotona kroz transparentnu materiju, vreme za koje foton prođe kroz tu materiju brzinom svetlosti u vakuumu, ukupno vreme zadržavanja fotona u stanju apsorpcije i dužina puta fotona kroz tu materiju.
   Koristeći jednačine (14.1) i (14.2) dobijamo

(14.3)

(14.4)

   Šta se događa sa brzinom svetlosti u transparentnoj materiji kada se ta materija kreće? Da bi se dao odgovor na to pitanje neophodno je analizirati proces kretanja fotona kroz tu pokretnu sredinu.
   Na slici 14.1 šematski je prikazano kretanje fotona u vodi koja se kreće brzinom . Veći deo puta foton prelazi kao u vakuumu u vidu zračenja i brzinom, koja je jednaka njegovoj brzini u vakuumu. Drugi, znatno manji deo puta, foton prelazi u apsorbovanom stanju brzinom , to jest brzinom sredine koja ga prenosi. Kao što se i sa slike 14.1 vidi, foton se prenosi u smeru kretanja vode iz položaja 1 (položaj apsorbovanja fotona) u položaj 2 (položaj emitovanja fotona). Taj proces se ponvalja sve dotle dok foton ne napusti cev sa vodom.

Slika 14.1

   U toku kretanja svetlosti kroz cev sa vodom sloj vode debljine ističe bočno tako da svetlost i ne stigne da prođe kroz njega pa je skraćenje puta svetlosti na kome neće doći do procesa apsorpcija - emisija dato izrazom

(14.5)

   Iz istog razloga dolazi do skraćenja vremena apsorpcije za . To skraćenje vremena apsorpcije srazmerno je debljini isteklog sloja vode , kao što je i ukupno vreme apsorpcije srazmerno ukupnoj dužini vodenog stuba, odnosno, dužini cevi sa vodom kroz koju prolazi svetlosni zrak, pa je

(14.6)

a odatle i iz jednačina (14.3), (14.4) i (14.5) imamo

(14.7)

i

(14.8)

Iz jednačina (14.1), (14.3), (14.5), (14.6) i (14.7) dobijamo da je

(14.9)

   Fotoni u toku slobodnog kretanja kroz vodu (od emisije - položaj 2 sa slike 14.1 - do ponovne apsorpcije - položaj 1 sa slike) ne prelaze put, koji su prešli u stanju apsorpcije. Zbog toga skraćenje vremena slobodnog prolaska u vidu zračenja srazmerno je putu na kome su fotoni preneti u apsorbovanom stanju, to jest srazmerno je ukupnom vremenu koje fotoni provode u apsorbovanom stanju i brzini prenošenja - brzini vode, pa je iz jednačina (14.4) i (14.8)

(14.10)

   Ukupno smanjenje vremena prolaska fotona kroz vodu, koja se kreće u smeru kretanja fotona, a na putu dužine iznosi

(14.11)

   Na slici 14.2 dat je šematski prikaz kretanja fotona kroz vodu za slučaj kad je smer kretanja vode suprotan smeru kretanja fotona.

Slika 14.2

   Sa slike se vidi da se u ovom slučaju povećava vreme za u kome je foton u apsorbovanom stanju, zbog dotoka novog sloja vode u toku prolaska fotona kroz cev sa vodom. Takođe se povećava i vreme slobodnog prolaska fotona kroz vodu u vidu zračenja za . To nastaje zbog povećanja dužine puta fotona kroz vodu, usled njegovog vraćanja nazad u smeru kretanja vode kada je foton apsorbovan. Tako foton mora ponovo da pređe i taj dodatni put, koji je jednom već prešao.
   Dakle, pri kretanju fotona, odnosno zraka, niz vodu skraćuje se vreme njegovog prolaska kroz cev sa vodom, a pri kretanju uz vodu to vreme se povećava.
   Na sličan način kako su izračunata skraćenja vremena , i iz prethodnog slučaja, izračunavaju se i produženja vremena prolaska , i , pri čemu se uzima da je

Na taj način dobijamo

(14.12)

i

(14.13)

a odatle

(14.14)

   Koristeći jednačine (14.11) i (14.14) nalazimo da zrak koji ide niz vodu stiže na merač interferentnog pomaka pre zraka koji ide uz vodu za vreme

(14.15)

Imajući u vidu da je dobijamo

(14.16)

Ovoj vremenskoj razlici odgovara pomeraj zraka u odnosu na zrak koji se meri na interferometru

(14.17)

   Iz ovog proizilazi da je brzina svetlosti u vodi, koja se kreće u smeru kretanja svetlosti, određena jednačinom

(14.18)

dok je brzina svetlosti u vodi, koja se kreće u suprotnom smeru od smera kretanja svetlosti određena jednačinom

(14.19)

   Dakle, pri datoj pretpostavci, izvedena je jednačina (14.17) za izračunavanje interferentnog pomeraja. Tačnost izračunavanja pomeraja korišćenjem jednačina (14.17) u potpunosti je potvrđena Fizoovim opitom. To je potvrda i napred date pretpostavke, da se svetlost u transparentnim materijama sporije kreće nego u vakuumu zbog vremena koje fotoni provode u stanju apsorpcije na putu kroz tu sredinu, kada je njihovo kretanje u vidu zračenja zaustavljeno. Datom novom hipotezom o prostiranju svetlosti kroz pokretne transparentne sredine i ovim proračunom, koji potvrđuje ispravnost te hipoteze, isključuje se bilo kakva veza etra sa brzinom prostiranja svetlosti u pokretnim transparentnim sredinama, kako su to zagovarali Fizo, Frenel, Herc i drugi.
   Pri oceni korektnosti date hipoteze treba imati u vidu i sledeće. Zakon o konzervaciji impulsa sile ili količine kretanja ne održava se pri prelasku fotona iz vazduha ( = 1) u vodu ( = 4 / 3) i obratno

(14.20)