تجربة فيزو

تجربة فيزو Fizeau experiment، هي تجربة قام بها هيپوليت فيزوعام 1851 لقياس السرعة النسبية للضوء في المياه المتحركة. أشار ألبرت أينشتاين فيما بعد لأهمية هذه التجربة في النسبية الخاصة.

بالرغم من من تسميتها بتجربة فيزو، فقد كان فيزوأحد الباحثين النشطين الذين قاموا بتجارب كثيرة لقياس سرعة الضوء في مختلف الحالات.

معامل سحب فرنسل

التجربة

تجربة فيزو: A light ray emanated from the source S is reflected by a glass plate G and is led parallel by lens L. After passing the slits O¹ and O², two light rays travel through the tubes A¹ and A², whereby water is streaming in opposite directions through the tubes. The rays are directed by a mirror m at the focus of lens L', so that one always propagates in this direction, the other opposite to the direction of the water stream. After passing the tube twice, both rays will be united at S', where they produce interference fringes.

لما طرح أراگوإجراء تجربة تتعلق بقياس سرعة الضوء في أوساط شفافة مختلفة بهدف البت في طبيعة الضوء، وبيان إذا ما كانت هذه الطبيعة موجية أوجسيمية، تصدّى جميع من فيزووفوكولهذه المسألة، وبدأ بينهما سباق، وكان حتى فاز فيزوبهذا السباق، إذ تمكّّن عام 1849 من قياس سرعة الضوء في الهواء وذلك باستخدامه دولاباً مسنناً (T) وترتيباً تجريبياً.

جهاز فيزولقياس سرعة الضوء في الهواء.

واختار لإجراء تجربته مسافة تساويثمانية كيلومتر بين المنبع الضوئي (S) والمرآة العاكسة (M). تقوم تجربة فيزوعلى مراقبة الضوء المنعكس على اللوح الزجاجي G والذي تمكَّن من المرور من فتحات الدولاب المسنَّن وانعكس على المرآة النائية M، فإذا دار الدولاب المسنن بسرعة متزايدة أمكن الحصول على وضع لا يرى فيه الراصد (E) ضوء المنبع البتة. ويحدث هذا إذا عاد الضوء الذي مر من فتحة من فتحات الدولاب المسنن (T) بعد انعكاسه عن المرآة النائية (M) فوجد في طريقه نتوءاً من نتوءات الدولاب المسنن، وعندها لا يصل إلى عين الراصد أي ضوء. فبافتراض C سرعة الضوء وd المسافة بين الدولاب المسنن والمرآةقد يكون هذا الزمن معطى بالعلاقة:

وإذا كان n عدد أسنان الدولاب وN عدد دوراته في الثانية الذي حقق انعدام الرؤية عند الراصد؛ فإن الزمن t اللازم عندها كي يحل نتوء تالٍ مباشرة محل فتحة في الدولاب المسنن يُعطى بالعلاقة:

ومنهقد يكون:

C = 4dNn

وقد عبّر فيزوعن نتيجته تجريبياً بالشكل:

C = 315 300 = ± 500 km/s

وهي بالتأكيد تمثل سرعة الضوء في الهواء.

لقد أجريت تجارب لاحقة لقياس سرعة الضوء في الهواء، قادت إلى نتائج أكثر دقة باستخدام طرائق التداخل، إذ وُجِدَ عام 1973 أن:

C = 299 792 500 ±100 m/s

في عام 1851 أجرى فيزوقياساً على سرعة الضوء في أوساط متحركة، وحاز عام 1858 جائزةً خصِّصت لهذه الغاية. يُشار إلى حتى كريستيان دوپلر Christian Doppler علَّل عام 1842 ظاهرة دوبلر المعروفة في الصوت والتي ينشأ منها اختلاف في تواتر الصوت الذي يسمعه راصد من منبع صوتي عندماقد يكون الراصد أوالمنبع أوكلاهما متحركين. وفي عام 1848 قدم فيزوتفسيراً لانزياح طول موجة الضوء الصادر عن نجم، وبيَّن إمكانية استخدام ذلك لقياس السرعات النسبية للنجوم الواقعة على امتداد خط النظر ذاته، وقد عُرفت هذه الظاهرة بظاهرة دوبلر - فيزو، وهي مستخدمة على نطاق واسع في الفلك وتسمح بالكشف عن ما يُعهد باسم توسُّع الكون. كما أوصى فيزوفي ضوء تجارب التداخل التي تمت عام 1864 باستخدام ضوء لهب الصوديوم كضوء مرجعي لقياس القطر الظاهري للنجوم والكواكب، إلا حتى أعمال فيزووبحوثه لم تقتصر على الضوء، فقد بيّن عام 1850 حتى انتشار الكهرباء لا يتم آنيّاً. وهوأول من ضمَّ عام 1853 مكثِّفة إلى دارة تحتوي على ملفّ أووشيعة تحريض، إضافة إلى أعماله في تمدُّد البلورات.