பியாசோ சோதனை

பியாசோ சோதனை (Fizeau experiment) என்பது 1851 ஆம் ஆண்டு கிப்போலைட் பியாசோ நடத்தியதாகும். இதில் ஒளியானது நீரில் செல்லும் போது ஏற்படும் ஒளியின் சார்புத் திசைவேக மாற்றத்தைக் கண்டறிய முனைந்தார். இதற்காக பியாசோ, ஒரு தனிப்பட்ட குறுக்கீட்டுமானியைப் பயன்படுத்தினார். இதன் மூலம் ஊடகத்தினுள் ஒளி செல்லும் ஏற்படும் விளைவுகளைக் கணக்கிடும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது.

பியாசோ சோதனையில் பயன்படுத்தப்பட்ட உபகரணம்

பியாசோ காலத்தில் நிலவிய கோட்பாடுகளின் படி, ஒளியானது ஒரு ஊடகத்தின் வழியே செல்லும் போது, அது ஊடகத்தினால் இழுக்கப்படுவதாக நம்பப்பட்டது. ஒளி திசைவேகம் என்பது ஊடகத்தின் வழியாகச் செல்லும் ஒளியின் வேகம் மற்றும் ஊடகத்தின் வேகம் ஆகியவற்றின் கூடுதலுக்குச் சமம். பியசோ ஒரு இழுக்கும் விளைவைக் கண்டறிந்தார். ஆனால் இந்த விளைவு எதிர்பார்த்ததைவிட குறைவாகவே இருந்தது. அகசுடீன்-சீன் ஃபிரெனெல் வலியுறுத்திய விசும்பு இழுப்புக் கோட்பாட்டை நிருபிக்கும் வகையில் அமைந்தது. இதை பெரும்பாலான இயற்பியலாளர்கள் ஏற்றுக் கொள்ளவில்லை.

அரை நூற்றாண்டிற்குப் பிறகு பியாசோ சோதனையின் தீர்வுக்கு, ஒரு திருப்திகரமான விளக்கம் ஆல்பர்ட் ஐன்சுடைன் சிறப்புச் சார்புக் கோட்பாட்டின் மூலம் பெறப்பட்டது.

பியாசோ சோதனை சிறப்புச் சார்புக் கோட்பாட்டை விளக்கினாலும், அவர் ஒளியின் திசைவேகத்தை பல் வேறு சூழ்நிலைகளில் பெறவே சோதனையை மேற்கொண்டார்.

சோதனைக்கருவியின் வடிவமைப்பு

1851 ஆம் ஆண்டு பயன்படுத்தப்பட்ட பியாசோ சோதனையின் வடிவமைப்பு

S′ என்ற ஒளி மூலத்திலிருந்து வரும் ஒளிக் கதிர், G கற்றைப் பிரிப்பானால் எதிரொளிக்கப்படுகிறது. L என்ற வில்லையால் அவை இணைக்கற்றைகளாக மாற்றப்படுகிறது. பின்னர் O₁ மற்றும் O₂ என்ற இணை சிறு பிளவுகள் வழியாக ஒளிக் கதிர்கள் அனுப்பப்பட்டு, அவை A₁ மற்றும் A₂ என்ற குழாய்கள் வழியாக அனுப்படுகிறது. இந்த குழாய்கள் வழியே நீரானது முன்னும் பின்னும் அம்புக்குறியில் காட்டப்பட்டுள்ளது போல் செலுத்தப்படுகிறது. m என்ற கண்ணாடியால் எதிரொளிக்கப்பட்டு L′, என்ற வில்லையால் குவிக்கப்படுகிறது. இவ்வாறு செய்வதன் மூலம் ஒளியானது ஒரு முறை நீர் செல்லும் பாதையிலும், மற்றொரு முறை நீர் செல்லும் பாதைக்கு எதிர் திசையிலும் செல்கிறது. ஒளி முன்னும் பின்னும் சென்ற பின் S என்ற இடத்தில் குவிகிறது. அங்கு நடக்கும் குறுக்கீட்டு விளைவால் குறுக்கீட்டு பட்டைகள் உருவாக்கப்படுகின்றன. இதை ஒரு கண்ணருகு வில்லையின் உதவியுடன் காண இயலும். அலைகளின் குறுக்கீடு பட்டைகளை ஆய்வு செய்வதன் மூலம் இரு குழாய்களிலும் ஒளியின் திசைவேகத்தைக் கண்டறிய இயலும்.^{[P 1][P 2][S 1]}

ஃபிரெனெல் இழுப்புக் கெழு

vஎன்ற வேகத்தில் நீரானது ஒரு குழாய் வழியாகச் செல்வதாகக் கொள்வோம். ஒளிகடத்துமீதரின் சார்பற்றக் கொள்கையின் படி, ஒளியானது நீரின் திசையில் பயனித்தால் அதன் வேகம் அதிகரித்தும், எதிர் திசையில் பயனித்தால் குறைந்தும் காணப்படும். மொத்தத்தில் ஒளியின் திசை வேகம் என்பது நீரில் செல்லும் ஒளியின் வேகம் மற்றும் நீரின் வேகம் ஆகியவற்றின் கூடுதலுக்குச் சமம்.

n என்பது ஒளிவிலகல் குறிப்பெண் எனக் கொண்டால், c/n என்பது நின்று கொண்டிருக்கும் நீரில் ஒளியின் திசைவேகமாகும். எனில் நீரின் பாதையி்ல் செல்லும் ஒளியின் திசை வேகம் w கீழ்க்கண்ட சமன்பாட்டால் கணக்கிடப்படுகிறது.

${\displaystyle w_{+}={\frac {c}{n}}+v\ ,}$

நீரின் பாதைக்கு எதிர் திசையில் செல்லும் ஒளியின் திசை வேகம்

${\displaystyle w_{-}={\frac {c}{n}}-v\ .}$

இந்த இரு அலைகளும் குறுக்கீட்டு விளைவிற்கு உட்படுத்தப்பட்டு அதன் மூலம் பெறப்படும் குறுக்கீட்டு பட்டைகளைக் கொண்டு ஒளியின் திசைவேகம் கணக்கிடப்படுகிறது. இதில் நீரின் திசை வேகம், ஒளியின் திசை வேகத்தை நிர்ணயிக்கும் காரணியாக இருப்பதைக் காணலாம்.^{[S 2]}

பியாசோ கொள்கையின் படி

${\displaystyle w_{+}={\frac {c}{n}}+v\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)\ .}$

நீரால் இழுத்துச் செல்லப்படும் ஒளியின் திசை வேகம் எதிர்பார்த்த அளவை விட மிகக் குறைவாகவே இருந்தது.

இந்த சோதனையில் விளைவால் அறிவியல் அறிஞர்கள், 1810 ஆம் ஆண்டு அராகோ சோதனை செய்த ஈதர் இழுப்புக் கோட்பாட்டையும், 1818 ஆம் ஆண்டு ஃபிரெனெல் வெளியிட்ட, நிருபிக்கப்படாத ஒளிகடத்துமீதர் கொள்கையையும் ஏற்றுக் கொள்ள வேண்டிய கட்டாயம் ஏற்பட்டது.

f என்பதை இழுப்பு கெழு எனக் கொண்டால், அதற்கான சமன்பாடு,

${\displaystyle f=\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)\ .}$

1895 ஆம் ஆண்டு என்ட்ரிக் லொரன்சு நிறப்பிரிகை கோட்பாட்டின் அடிப்படையில், இந்த சமன்பாட்டை கீழ்கண்டவாறு மாற்றினார்:^{[S 3]:15–20}

${\displaystyle w_{+}={\frac {c}{n}}+v\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}-{\frac {\lambda }{n}}\!\cdot \!{\frac {\mathrm {d} n}{\mathrm {d} \lambda }}\right)\ .}$

பின்னர் ஃபிரெனெல்லின் இழுப்புக் கெழு, சார்பியல் கோட்பாட்டின் படி வேகத்தை கணக்கிடும் சமன்பாட்டுடன் சேர்க்கப்பட்டது.

சோதனையின் தொடர்ச்சி

1886 ஆம் ஆண்டு மைக்கேல்சன்-மோர்லியால் மேம்படுத்தப்பட்ட பியாசோ சோதனை. a என்ற ஒளி மூலத்திலிருந்து வெளிவரும் இணைகற்றையாக்கப்பட்ட ஒளி, b என்ற கற்றைப் பிரிப்பானால் பிரிக்கப்பட்டு b c d e f b g என்ற பாதையிலும், b f e d c b g என்ற பாதையிலும் பிரிகிறது.

1886 ஆம் ஆண்டு மைக்கல்சன் மற்றும் மோர்லி இணைந்து பியாசோவின் சோதனையை மேம்படுத்தினர். தங்கள் மைக்கல்சன்-மோர்லி பரிசோதனையின் மூலம் பல முடிவுகளைப் பெற்றனர். அவர்கள் பியாசோ சோதனையில் கண்டறிந்த சில குறைகள்:^{[P 3]}

• (1) பியாசோ சோதனையில் உருக்குலைவடைந்த ஒளியியல் கருவிகளிலால் குறுக்கீட்டுப் பட்டை இடம் பெயர்கிறது.
• (2) அதிக அழுத்தமுள்ள நீர், சில நொடிகளே நீடிப்பதால் சோதனையை விரைவாக முடிக்க வேண்டியுள்ளது.
• (3) குழாய் வழியே செல்லும் நீரின் வரிச்சீர் ஓட்டம் நடுப்பகுதியில் மட்டுமிருப்பதால், கிடைக்கும் குறுக்கீட்டுப் பட்டைகள் பொலிவற்றதாக உள்ளன.
• (4) குழாய் வழியே செல்லும் நீரின் வேகத்தைக் கண்டறிவதில் நிலையற்றத்தன்மையுள்ளது.

மேற்கண்ட காரணங்களால் பியாசோ சோதனை வடிவமைப்பு மாற்றியமைக்கப்பட்டது. அதிக விட்டம் கொண்ட குழாய்களும், நீரானது மூன்று நிமிடங்களுக்கு மேல் பாயும் வகையிலும் உருவாக்கப்பட்டது. ஒளியியல் கருவிகளைச் சரிசெய்தவுடன், ஒளி கடந்த பாதை சமன் செய்யப்பட்டு குறுக்கீட்டுப் பட்டைகள் தோன்றுமாறு செய்யும் குறுக்கீட்டு மானியை வடிவமைத்தனர்.^{[S 4]} இவற்றால் நன்கு நிலைப்படுத்தப்பட்ட பட்டைகள் உருவாக்கப்படுகிறது. இவை ஒளியியல் கருவிகளில் ஏற்படும் மாற்றத்தால் மாறுவதில்லை. h என்ற கண்ணாடி தகட்டை வைப்பதன் மூலம் பட்டைகளின் நிலைப்புத்தன்மை அதிகரிக்கிறது. இந்த உபகரணத்தைப் பயன்படுத்தி பியாசோவின் சோதனை முடிவுகளை மைக்கேல்சன் மற்றும் மோர்லி ஆகியோர் நிருபித்தனர்.^{[P 3]}

1914–1915 ஆகிய ஆண்டுகளில் பீட்டர் சீமன் மற்ற சோதனைகளை செய்தார். மைக்கேல்சன் மற்றும் மோர்லி பரிசோதனையை மேம்படுத்தி ஆம்சுடர்டமின் முக்கிய நீர் வழியில் இந்த சோதனையை மேற்கொண்டார். (4358 Å) அலை நீளம் கொண்ட ஊதா நிறமும், (6870 Å) அலை நீளம் கொண்ட சிவப்பு நிறமும் உள்ள ஒற்றை நிற ஒளி மூலத்தைப் பயன்படுத்தினார்.^{[P 4][P 5]}

மேற்கோள்கள்

துணை மூலங்கள்

1. Mascart, Éleuthère Élie Nicolas (1889). Traité d'optique. Paris: Gauthier-Villars. p. 101. பார்க்கப்பட்ட நாள் 9 August 2015.
2. Robert Williams Wood (1905). Physical Optics. The Macmillan Company. p. 514.
3. Pauli, Wolfgang (1981) [1921]. Theory of Relativity. New York: Dover. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 0-486-64152-X.
4. Hariharan, P. (2007). Basics of Interferometry, 2nd edition. Elsevier. p. 19. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 0-12-373589-0.

முதன்மை மூலங்கள்

1. Fizeau, H. (1851). "Sur les hypothèses relatives à l'éther lumineux". Comptes Rendus 33: 349–355. http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k29901/f351.chemindefer.

   English: Fizeau, H. (1851). "The Hypotheses Relating to the Luminous Aether, and an Experiment which Appears to Demonstrate that the Motion of Bodies Alters the Velocity with which Light Propagates itself in their Interior". Philosophical Magazine 2: 568–573.

2. Fizeau, H. (1859). "Sur les hypothèses relatives à l'éther lumineux". Ann. Chim. Phys. 57: 385–404. http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k347981/f381.table.

   English: Fizeau, H. (1860). "On the Effect of the Motion of a Body upon the Velocity with which it is traversed by Light". Philosophical Magazine 19: 245–260.

3. Michelson, A. A.; Morley, E.W. (1886). "Influence of Motion of the Medium on the Velocity of Light". Am. J. Sci. 31: 377–386. doi:10.2475/ajs.s3-31.185.377. Bibcode: 1886AmJS...31..377M.
4. Zeeman, Pieter (1914). "Fresnel's coefficient for light of different colours. (First part)". Proc. Kon. Acad. Van Weten. 17: 445–451. Bibcode: 1914KNAB...17..445Z. https://archive.org/details/p1proceedingsofs17akad.
5. Zeeman, Pieter (1915). "Fresnel's coefficient for light of different colours. (Second part)". Proc. Kon. Acad. Van Weten. 18: 398–408. Bibcode: 1915KNAB...18..398Z. https://archive.org/details/proceedingsofsec181koni.