Опытам Физо и Саньяка скоро будет 200 лет от роду, а точный смысл их непонятен до сих пор.

Схема опыта Физо приведена на Рис. 10

1 – источник света, 2 – полупрозрачное зеркало, 3 4 5 – обычные зеркала, 6 – интерферометр, 7, 9 – участки трубы, 8– вода, V– скорость воды.

Сущность опыта заключается в следующем. Луч от источника света расщепляется полупрозрачным зеркалом 2 на два луча. Один луч (сплошная линия) отражается от зеркала 3, проходит через воду в участке трубы 7, отражается от зеркал 5, 4, проходит через участок трубы 9, полупрозрачное зеркало 2 и попадает на интерферометр 6. Второй отраженный от зеркала 2 луч (пунктирная линия) проходит через воду в трубе на участке 9, отражается от зеркал 4 и 5, проходит через водяной столб 7, отражается от зеркал 3 и 2, затем попадает на интерферометр. Два луча на интерферометре создают соответствующую интерференционную картину.   Сначала фиксируется интерференционная картина при неподвижной воде. Затем воде придается скорость v. Интерференционная картина представляет равномерное чередование темных и светлых полос. В результате опыта оказалось, что расстояния между темными полосами и светлыми при неподвижной воде одни, а при подвижной воде другие. Это возможно в том случае, когда время прихода лучей на интерферометр будет различным. На зеркале 2 исходящие лучи имеют одну фазу, а на зеркале 5 один луч оказался сдвинут относительно другого, то есть скорость света движущегося за током воды и против тока воды не одинаковы. Получалось так, как будь то поток воды, захватывал фотоны и увеличивал, или уменьшал их скорость.                              

По классической теории распространение света в некой среде предполагали в виде переизлучения фотонов между атомами. На каждый акт переизлучения требуется определенное время, и свет, вместо того чтобы двигаться, осуществлял процедуру переизлучения. В каждом веществе на пути движения света располагается различное количество атомов, что приводит к различной временной задержки скорости света. Такая задержка называется коэффициентом преломления среды n.  Скорость света в такой среде представляется выражением v=c/n, где c – скорость света в вакууме. Что верно и соответствует гипотезе Гюйгенса.

Классическая физика предположила, что если вода движется против потока света, то каждый фотон встретит большее количество молекул воды, нежели в том случае, когда вода неподвижна и в результате скорость света будет меньше, чем в неподвижной воде. Если свет движется по направлению движения воды, то напротив он распространяется быстрее, чем в неподвижной воде. При скорости воды равной скорости света, фотон летел бы за молекулой, и она не смогла бы его задержать.

Но такое объяснение задержки вызывает сомнение. И это сомнение такого вида. Представим, что мы излучаем всего по одному фотону в каждом луче. Расположим в сечении а, всего по  одной молекуле воды в каждом участке трубы, которую не смогут пропустить, то есть обязательно встретят, оба фотоны. Предположим, что сначала молекула неподвижна, в этом случае мы получим какую-то интерференционную картинку. Каждый фотон задержался на своей молекуле одинаковое количество времени. А теперь придадим молекулам скорость V, такую чтобы полный цикл взаимодействия фотонов с молекулами заканчивалось, не выходя за пределы трубы, например, в сечениях b и c.

И в том и в другом случае фотон взаимодействовал только с одной молекулой. Вопрос: будут ли в обоих случаях картинки одинаковы или различны? На этот вопрос, в пределах опытов Физо, ответить не возможно и невозможно поставить такой опыт.  Если бы опыт удался, и мы получили одинаковые картинки в обоих случаях, то классическая теория, количество ретрансляторов, оказалась бы верна. На поставленный вопрос отвечает опыт Саньяка рисунке 11.

Луч света от генератора полупрозрачным зеркалом 4 делится на два луча. Один луч (сплошная линия) проходит полупрозрачное зеркало 4, отражаясь от зеркал 1, 2, 3, приходит к зеркалу 4, проходит его и попадает на интерферометр 5. Второй луч (пунктирная линия), отражаясь от зеркал 4, 3, 2, 1 и снова 4, приходит на интерферометр. Зеркала 1, 2, 3 могут вращаться, как показано стрелкой.

При неподвижных зеркалах мы имеем какую-то интерференционную картинку. Затем приводим в движение зеркала. Как показывает опыт, интерференционные полосы расползаются, что свидетельствует о задержке одного луча относительно второго. Почти тоже, что и в опыте Физо за одним исключением. Каждый фотон на каждом подвижном зеркале взаимодействует всего и всегда, если нет рассеяния, с одним атомом зеркала. Каждый фотон на своем пути встретит всего три атома не зависимо от того движутся зеркала или нет. В тоже время интерференционные картины подвижного и неподвижного состояний системы различны. Такие же различные картины мы бы увидели и в опыте Физо с одним атомом.

Таким образом, видим, что классическая модель задержки света не совсем верна. Она учитывает задержку скорости из-за изменения количества атомов, встречающихся на пути распространения света, но не учитывает добавку задержки скорости от самой скорости атома.  И что же делать в этом случае? Делаются попытки опереться на теорию Лоренца (Википедия):

“Согласно электронной теории Лоренца, эффект увлечения света движущейся средой обусловлен следующим: индуцированные проходящей волной диполи среды дают вторичное излучение, которое при движении среды увлекается вместе с диполями”.

Снова “увлекается”. Да почему оно увлекается? Приклеивается, цепляется или что еще?

Дело попытался прояснить Р. Фейнман (Показатель преломления. Глава 31. Как возникает показатель преломления):

“Попробуем теперь понять, как возникает уменьшение скорости света. В частности, особенно важно проследить связь этого факта с некоторыми физическими предположениями или законами, которые были ранее высказаны и сводятся к следующему:

а) полное электрическое поле при любых физических условиях может быть представлено в виде суммы полей от всех зарядов во Вселенной;

б) поле излучения каждого отдельного заряда определяется его ускорением; ускорение берется с учетом запаздывания, возникающего из-за конечной скорости распространения, всегда равной с”.

Дальше предупреждается, что данное запаздывание это не запаздывание, отвечающее за скорость света в среде c/n. И вот предлагается связать уменьшение скорости света с физическим законом запаздывания, который не отвечает за скорость света в среде. Чуть дальше говорится:

“Задача наша состоит в том, чтобы понять, как возникает кажущаяся меньшая скорость”.

Интересно: скорость все-таки меньше объективно или так только кажется? Дальше пошли такие формулы, что и читать страшно. Наверное, мало кто их понимает.

Всем не понимающим Википедия советует:

“Для последовательного описания опыта Физо необходима  специальная теория относительности”.

А специальная теория относительности говорит, что чем быстрее движется инерциальная система, тем медленней в ней течет время. Почему движущийся атом задерживает фотон дольше, чем неподвижный не знает никто, и даже гипотез по этому явлению нет ни хороших, ни плохих. Мы достоверно об этом никогда и не узнаем, пока не узнаем строение электрона и желательно бы фотона.

О сложности взаимодействия фотона и электрона говорит разнообразие этих взаимодействий. Мы знаем о поглощении и излучении фотона как целикового объекта, приводящего к изменению состояния электрона. Такие взаимодействия проявляются во всех химических реакциях. Знаем о целиковом поглощении фотона при распределении его энергии на две части. Это фотоэффект. Энергия фотона hν распределяется на две части: энергия работы выхода и кинетическая энергия электрона, то есть  hν = Aout + We. В опытах Комптона энергия фотона распределяется между фотоном другой энергии и энергией электрона. Причем в зависимости от исходной энергии электрона, вторичный фотон может получиться с энергией большей или меньшей, чем энергия исходного фотона. Все это говорит о каких-то внутренних процессах происходящих при взаимодействии его с фотоном.

Неизвестно, как можно объяснить задержку времени “увлечения” фотона атомом с позиций теории относительности, исходя из устройства частотно зависимой модели кванта, но если исходить из модели фотона предложенной нами, то можно представить модель взаимодействия фотона и электрона в таком виде.

По нашему предположению при увеличении скорости электрона теряется часть его заряда. А так как плотность напряженности распределяется по радиусу электрона не линейно, она возрастает к центру электрона, то на единицу площади вокруг электрона напряженность возрастает. И если предположить, что фотоны упаковываются в электроне в виде слоев и все действа по упаковке и извлечению фотонов  происходят внутри электрона, то можно предположить, что, чем выше скорость электрона, тем больше усилий нужно приложить фотону, чтобы проникнуть внутрь электрона. Для предложенной модели это выглядит как упругое столкновение. Элементарный фотон представляет цепочку вихрей. Если поле электрона плотное, первый вихрь не может преодолеть этот потенциал, и он поджидает подхода следующего, соответствующего вихря другого кванта, потом вихря следующего кванта и т.д. И так до тех пор, пока не образуется требуемый потенциал. Только после этого начнутся действия в электроне такие, какие происходят в неподвижном электроне. Соответственно этой величины задержки изменяется коэффициент преломления. После того, как фотон будет поглощен и, окажется, что для него в этом электроне есть место, именно для него подходяще, он будет принят в тело электрона. Произойдет резонансное поглощение, скорость электрона изменится, фотон выйдет из эксперимента. В случае, если фотон не будет резонансным для данного состояния электрона, электрон его излучит. Возможно, что и режим излучения также будет задержан. Природа любит симметрию. В этом случае статус электрона никак не изменится, а фотон на некоторое время (время поглощения и излучения) будет “увлечен” электроном.

Казалось бы, что модель задержки фотонов из-за поглощения и излучения тоже не выдерживает критики, ибо можно сказать, что это происходит с обоими лучами, и они должны задерживаться одинаково. Но ведь  они задерживаются по-разному. Это можно объяснить спином электрона. Известно, что в магнитном поле все магнитики ориентируются одинаковым образом, и каждый из лучей взаимодействует с электронами одинаковым образом. Но один из лучей взаимодействует с набегающими электронами, а другой с убегающими, как изображено на Рис. 11а.

Такая разница во взаимодействии и приводит к различным временам взаимодействия фотонов с электронами. После взаимодействия скорости фотонов естественно остались прежними.

Если фотон обладает неупругими свойствами, то эта модель взаимодействия фотона и электрона может оказаться не состоятельной.

Задержка распространения света, изображенная на рисунке 11а, представляет классический взгляд на данный процесс, и он похоже существует, но более интересен квантовый взгляд на этот процесс. Изменим опыт Физо таким образом, чтобы вода в трубах двигалась не по направлению распространения света, а поперек движению света (Рис. 11б).

Будет ли в этом опыте, при изменении скорости течения воды, изменятся интерференционная картинка? Точно это не известно, ибо описание такого опыта автор не нашел. Очень большая вероятность того, что такой опыт никем и не проводился. Если система с поперечным движением воды будет вести себя также, как и с продольным движением воды, то этот феномен нельзя будет объяснить с позиций классической физики. Вектор скорости течения воды не играет роли в изменении скорости света в отличие от модуля скорости воды. А это значит только одно, скорость V изменяет абсолютную скорость электрона в атоме так, что он увеличивает или уменьшает скорость поглощения и излучения фотонов. В каком бы направлении не проходил свет через воду, движущуюся со скоростью V, он будет задержан на одну и ту же величину. В этом возможно заключается изотропия пространства.