op welk principe werkt een interferometer?

Moderator: physicalattraction

Gebruikersavatar
Berichten: 433

op welk principe werkt een interferometer?

Een instrument dat zeer veel gebruikt wordt in de wetenschap is de interferometer, vaak in combinatie met een laserstraal. Mijn vraag is of de achterliggende principes die een interferentiepatroon veroorzaken voldoende bekend zijn?
 
Om te beginnen een laser: ik meen dat een laser werkt door licht op te wekken in een materiaal tussen twee spiegeltjes, waarbij een van de spiegeltjes halfdoorlatend is. Als de intensiteit van het tussen de spiegeltjes heen en weer gekaatste licht voldoende groot is, verlaat een deel van het inmiddels coherente laserlicht (is precies bekend wat dat is?) de laser door de halfdoorlatende spiegel.
  • Vraag 1: is laserlicht een golfverschijnsel, of worden de karakteristieken van interferentiepatronen (dubbele spleet of interferometer) veroorzaakt door een andere eigenschap van laserlicht?
  • vraag 1B: Wellicht is licht geen golfverschijnsel, maar een deeltjesverschijnsel/foton, en speelt een quantumeigenschap een rol? Veroorzaakt dit quantumeffect het interferentiepatroon?
  • vraag 2: maakt het voor de interne opmaak/vorm van de laserstraal uit of de spiegeltjes (indachtig Einstein) bewegen door de ruimte tijdens het opwekken van het laserlicht?
  • vraag 2B: Heeft deze beweging bijvoorbeeld invloed op golflengte?
  • vraag 2C: Heeft deze beweging wellicht invloed op de richting van de eventuele golven? Is het mogelijk dat de golven niet meer parallel lopen aan de richting van de laserstraal?
Dan een interferometer. Een interferometer wordt vaak gebruikt voor metingen aan golflengte van licht en voor metingen aan gemiddelde lichtsnelheid over twee tegenovergestelde richtingen. Een interferometer is een relatief simpel apparaat met een nogal moeilijk te begrijpen effect. De interferometer bestaat uit twee spiegels opgesteld onder een (rechte) hoek van 90 graden. Van 1 van deze spiegels kan men de afstand veranderen met een stelschroef. Op het snijpunt van twee loodlijnen (loodrecht) op beide spiegeloppervlakken is een glasplaat geplaatst onder een hoek van 45 graden. Deze glasplaat werkt als halfdoorlatende spiegel, een laserlichtstraal kan er op spiegelen, maar kan er ook min of meer recht doorheen gaan, naar of van de twee spiegels onder 90 graden. Aan de ene kant van het apparaat plaatst men een lichtbron (vaak laser), dit laserlicht kaatst via de glasplaat in twee stralen naar beide spiegels onder 90 graden, en vervolgens weer recht terug naar de glasplaat, om daar gecombineerd te worden tot 1 straal die vervolgens (via een convergerende lens?) geprojecteerd wordt op bijvoorbeeld een witte muur. Men ziet dan vaak een lichtpatroon ontstaan dat sterk doet denken aan een interferentiepatroon. Dit patroon wordt verondersteld te ontstaan doordat er een verschil is in de hoeveelheid golflengtes (geteld in knopen of buiken) op de twee verschillende paden/lengtes via de twee spiegels. Dit interferentiepatroon valt te beïnvloeden door aan de stelschroef te draaien (de afstand van 1 van de spiegels te veranderen).
 
Ik hoop dat ik een interferometer zo goed beschrijf, ik heb er nog nooit een van nabij gezien.
  • vraag 3: bewijst dit apparaat dat licht een golfverschijnsel is?
  • vraag 4: Zou de hierboven beschreven opstelling bestaan uit voldoende grote spiegels, wat ziet men dan als men er door kijkt naar een beeld / object aan de andere kant?
  • vraag 5: Als de interferometer een snelheid door de ruimte zou hebben tijdens de werking, zou dan (indachtig Einstein) de uitkomst van het interferentiepatroon kunnen veranderen?
  • [intermezzo] Er zijn twee lichtstralen die heen en weer kaatsen tussen spiegeltjes. Het verschil tussen deze twee stralen zou soms een verschil kunnen zijn tussen zijdelings bewegen(zigzag) en (windmee+windtegen) Als je de opstelling zou draaien, zou dit verschil tussen beide richtingen soms kunnen veranderen. Hoewel je in de meeste gevallen natuurlijk geen extreme windmee-windtegen situatie hoeft te verwachten, dat gebeurt hooguit als de opstelling toevallig in de beweegrichting van de aarde door de ruimte geplaatst is, en deze beweging van aarde door de ruimte zich ook vertaalt in een beweging van ruimte door de aarde/proefopstelling. Nou ja, moeilijk allemaal [einde intermezzo]
  • vraag 5B: Is deze eventuele afwijking vergelijkbaar met de afwijking die ook al optreedt in de gebruikte laser?
  • vraag 5C: Wat is het effect als laserlicht weerkaatst wordt door een bewegend spiegeltje, verandert dan de golflente van het teruggekaatste licht?
  • vraag 6: spelen beperkingen van de gebruikte optica een rol? Coatings, brekingsindices, diktes van spiegel, lensfouten, etc?
  • vraag 7: Omdat er nogal veel effecten tegelijkertijd kunnen optreden: Zijn er goede modellen opgesteld over de werking van zoveel weerkaatsingen en bewegingen?
  • vraag 8: is een interferometer alleen te begrijpen als men de lichtsnelheid constant veronderstelt? Omdat men niet goed begrijpt hoe het apparaat werkt in een klassiek universum?
  • vraag 9: is er ooit een interferometer gebouwd voor andere golfverschijnselen? Golven in water? Geluidsgolven?
Zoals u kunt vermoeden ben ik al behoorlijk met dit onderwerp bezig geweest. Maar ik kom er zonder hulp niet uit. Maar omdat ik nooit duidelijke antwoorden krijg, maak ik mij toch zorgen of de gebruikers van dit apparaat wel goed weten welke mechanismes precies het apparaat doen werken.
het heeft alleen zin om veel fouten te maken als je er iets van op steekt

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.
Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.388

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Ik hoop dat ik een interferometer zo goed beschrijf, ik heb er nog nooit een van nabij gezien.
 
Daarmee kan ik je wel helpen, ik heb hier zo'n ding:
 
IMG_20160906_145050258.jpg
IMG_20160906_145050258.jpg (61.64 KiB) 161 keer bekeken
IMG_20160906_145059981.jpg
IMG_20160906_145059981.jpg (62.95 KiB) 161 keer bekeken
Michelson Interferometer.jpg
Michelson Interferometer.jpg (84.29 KiB) 160 keer bekeken
Michelson interferometer, te bestellen bij Nikhef. Enige modificatie is, dat ik de spiegeltjes en het lensje met kleine neodymium magneetjes heb vastgezet i.p.v. de bijgeleverde wat amateuristisch ogende mini wasknijpers.
 
Jouw beschrijving is redelijk correct, alleen is het lensje (dat geen vereiste is voor de correcte werking) bedoeld om de laserstraal juist te divergeren, zodat je ringen (fringes) te zien krijgt waardoor het interferentiepatroon beter zichtbaar is:
images.jpg
images.jpg (4.15 KiB) 161 keer bekeken
 
Zonder dat lensje zie je het lichtpuntje na heel voorzichtig afstellen met tussenpozen extra fel worden (constructieve interferentie) en geheel uitdoven (destructieve interferentie).
 
Voor wat betreft jouw vragen: Zo'n hagelschot  (ik tel er ruwweg 22) aan vragen leidt vrijwel nooit tot een leesbaar topic. Je steekt echt veel te veel tegelijk aan de stok. Beperk je liever tot een of een paar echt fundamentele vragen, en als het antwoord daarop rond is, vraag je verder. 
Motus inter corpora relativus tantum est.

Gebruikersavatar
Berichten: 433

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Dank, Michel Uphoff. Ik geloof dat mijn beeld van hoe een interferometer er uit ziet wel aardig klopt.
 
Verder is het inderdaad zo dat ik veel vragen heb. Maar ik denk niet dat je daar uit moet concluderen dat ik dingen niet goed snap.
 
Het zijn relevante vragen die iedereen die met dit apparaat metingen doet voor zichzelf beantwoord moet hebben. Anders zijn de metingen die die persoon doet betekenisloos voor hem/haarzelf.
 
Misschien zou ik voor elke vraag (ik heb ze nu al netjes genummerd) een apart topic moeten starten hier op het forum?
het heeft alleen zin om veel fouten te maken als je er iets van op steekt

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.388

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Misschien zou ik voor elke vraag (ik heb ze nu al netjes genummerd) een apart topic moeten starten hier op het forum?
 
Ja, maar niet allemaal tegelijk want dan wordt het toch weer een rommeltje. Steek de naar jouw mening belangrijkste vraag aan de stok, en na afronden van de beantwoording/discussie pas de volgende.
Motus inter corpora relativus tantum est.

Gebruikersavatar
Berichten: 433

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Veel dank voor het antwoord. Dus dan wordt in dit topic verder geen discussie gevoerd over de afzonderlijke vragen. Dit topic hier wordt dan meer een vergaarbak voor de vragen, waarbij elke vraag een doorverwijsje krijgt naar een afzonderlijk topic.
 
Ik wil wel graag in deze post nog twee aanvullende vragen stellen, maar die zijn dan ter kennisgeving. Er mag geen antwoord op gegeven worden.
 
vraag 10: Een hoek van 90 graden is een verre van willekeurige hoek. Is het kiezen van een hoek van 90 graden tussen de twee spiegeltjes wel verstandig?
 
Zou men bijvoorbeeld na de eerste meting de hele opstelling roteren ook over een hoek van 90 graden voor een tweede meting, dan verwisselt men simpelweg de beide richtingen, en blijft het verschil vrijwel hetzelfde.
 
vraag 11: klopt het als ik veronderstel dat door aetherwind de afstand van de spiegeltjes tot de beamsplitter lijkt te veranderen in de beide richtingen, en dus ook de schijnbare positie van de twee gelijke lichtbronnen?
 
(dit t.o.v. de niet voorkomende situatie dat de aetherwind 0 zou zijn) In een spiegel lijkt een voorwerp uit een andere wereld te komen, een spiegelwereld. Dus ook de oorspronkelijke laserstraal die in tweeën is gesplitst, en vervolgens in twee spiegels is gespiegeld lijkt nu uit twee verschillende punten te komen. Dus je 'ziet' aan het eind van de interferometer twee dezelfde lichtbronnen die uit verschillende posities komen. In de ene richting lijkt de afstand van beamsplitter tot spiegeltje korter, en bevindt dus ook de schijnbare laserbron zich op kortere afstand. In de andere richting lijkt de afstand van de beamsplitter tot het spiegeltje langer, en bevindt de tweede schijnbare lichtbron zich op grotere afstand. 
 
Maar nogmaals, hier geen antwoorden of discussie! de afzonderlijke vragen worden behandeld in aparte topics. [edit: ik ga eerst even rustig nadenken over welke vraag het meest prangend is]
het heeft alleen zin om veel fouten te maken als je er iets van op steekt

Gebruikersavatar
Berichten: 433

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Ik wil hier in dit topic eigenlijk wel graag 1 belangrijke vraag beantwoord krijgen, als dat mogelijk is. Het gaat om vertrouwen in de wetenschap. En dat is de vraag of al mijn bovenstaande vragen in het verleden al eens gesteld zijn door anderen? Interferometrie bestaat al behoorlijk lang. Deze vragen moeten al uitgekauwde kost zijn voor de experts. Kan ik er vertrouwen in hebben dat de wetenschap niet iets heel belangrijks over het hoofd heeft gezien, en dat lichtmetingen wel degelijk een betrouwbare uitkomsten bieden? Een simpel ja of nee zou volstaan.
 
alvast dank
het heeft alleen zin om veel fouten te maken als je er iets van op steekt

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.388

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Niets van de fundamenten van de fysica is 100% zeker.
 
Maar gezien het feit dat in de afgelopen eeuw er miljoenen zeer begaafde (en soms zeer creatieve, dwarse en out of the box denkende) wetenschappers zijn geweest die er een naast een levenslange carrière waarschijnlijk ook een arm of een been voor over gehad zouden hebben om een fundamentele fout in de twee postulaten van de speciale relativiteit aan te tonen en zich daarmee te verzekeren van wereldfaam en bijbehorende Nobelprijs, kan je veilig aannemen dat alles wat jij aandraagt (en nog heel, heel veel meer) al lang en breed en vele malen is bedacht en onderzocht.
 
Een voorbeeldje: In december vorig jaar leek er zich een hobbeltje te vormen in de grafieken van de deeltjesversneller van Cern. Het was een statistisch weinig betekend bultje (ik meen dat sigma bijna 3 was), maar heel misschien een mogelijke hint voor een nieuw en onbekend deeltje en daarmee voor nieuwe fysica. Er was opwinding alom. Afgelopen augustus bleek het hobbeltje in de veel uitgebreider dataset weer verdwenen; het was dus niets meer dan een statistische fluke. Toch zijn er in die zeven tussenliggende maanden meer dan 500 wetenschappelijke papers verschenen die een verklaring voor die meting / dat mogelijke deeltje trachtten te geven. Mogelijk zitten daar naast een hoop missers een paar schitterende ideeën tussen, dat merken we dan nog wel. Feit is dat iedere mogelijke nook and cranny door honderden wetenschappers grondig wordt doorgezocht op mogelijke nieuwe inzichten, en dat is zeker bij de relativiteit al meer dan een eeuw het geval.
 
Er is nog door niemand een splinter van een (theoretisch of experimenteel) bewijs geleverd dat er een fout in zit, en de relativiteit wordt telkenmale en door steeds vernuftiger en preciezer experimenten en metingen alleen maar bevestigd.
 
Tegelijkertijd weten we dat de fysica niet compleet kán zijn, omdat fundamentele principes blijken te botsen in extreme omstandigheden.  Er valt dus nog te ontdekken. Misschien niet eens omdat er iets heel belangrijks over het hoofd gezien wordt, maar juist omdat er iets ogenschijnlijk heel onbelangrijks gemist wordt, wie zal het zeggen.
 
dat lichtmetingen wel degelijk betrouwbare uitkomsten bieden?
 
Ja, daar mag je voetstoots van uit gaan. 
Motus inter corpora relativus tantum est.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.388

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Bij die interferometer uit bericht 2 zat een laserpointer met een erg zwakke rode dot van wel 1 cm groot op een meter afstand en het was heel lastig om daarvan de interferentiepatronen goed zichtbaar te krijgen.
Die pointer nu vervangen voor een 0,5 Watt groene laser (kostte in Portugal slechts 10 euro, maar is beslist gevaarlijk voor de ogen) met zeer scherpe dot op 1 meter ongeveer 1,5 mm groot, en dat scheelt enorm.
 
Ik kan de fringes nu gewoon een halve meter groot op de kamermuur projecteren en met mijn smartphone fotograferen:
 
Fringes 536 nm green laser.jpg
Fringes 536 nm green laser.jpg (145.13 KiB) 159 keer bekeken
Motus inter corpora relativus tantum est.


Gebruikersavatar
Berichten: 433

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Einstein zelf heeft toch beweerd dat nooit bewezen zal kunnen worden of de lichtsnelheid al dan niet constant is? Omdat je informatie nooit sneller dan de lichtsnelheid van punt a naar punt b kunt krijgen? Dus je kunt toch nooit bewijzen dat de lichtsnelheid constant is?
het heeft alleen zin om veel fouten te maken als je er iets van op steekt

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 48.322

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Daarom is dat ook een "postulaat" : een aanname waarmee heel de zaak staat of valt. Voorspellingen gebaseerd op dat postulaat kwamen een voor een uit naarmate de techniek om die voorspellingen afdoende te kunnen controleren beschikbaar kwam. Al ruim honderd jaar wordt met man en macht geprobeerd het kaartenhuis dat op dat postulaat is gebouwd omver te blazen. Wil nog maar niet lukken. 
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Gebruikersavatar
Berichten: 4.073

Re: op welk principe werkt een interferometer?

De voorstelling alsof alle experimenten die ooit zijn gedaan de SRT bevestigen is overdreven. De wetenschapsgeschiedenis leert immers anders. Het is wél zo dat de meeste experimenten de SRT bevestigen, en dat de experimentele resultaten die dat niet deden ofwel naderhand niet waren te reproduceren ofwel simpelweg zijn genegeerd. Een interessant voorbeeld van dat laatste kwam ik pas nog tegen:
 
http://www.dioi.org/vols/wh0.pdf

Gebruikersavatar
Berichten: 9.605

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Ach ja. 
 
https://en.wikipedia.org/wiki/Modern_searches_for_Lorentz_violation
 
 
"Het laatste" is dan ook geen voorbeeld van een experiment dat de SRT ontkracht en dat werd genegeerd. Wat werd genegeerd is de halfbakken theorie van Courvoisier, 
Cetero censeo Senseo non esse bibendum

Gebruikersavatar
Berichten: 433

Re: op welk principe werkt een interferometer?

ik heb eigenlijk nog aanvullende vragen over interferometrie:
 
  1. Vaak wordt laserlicht een aantal maal heen en weer gestuurd tussen de spiegels in een interferometer. Gaat het terugkerende laserlicht geen interactie aan met het heengaande licht. Ik denk dan aan interferentie? Of ik denk dan aan quantumverstrengeling?
  2. De dikte van de beamsplitter (gemaakt van een plaatje glas?): lichtsnelheid is lager in glas dan in vacuüm. Binnen de interferometer lopen 2 gesplitste lichtbundels, een bundel passeert 1x door het glas & de andere bundel passeert 2x door het glas. Dus ook de afstand door het vacuüm verschilt per lichtbundel. Levert dit complicaties?
  3. Is er ook een variant waarbij de door de beamsplitter gesplitste laserbundel vervangen wordt door een (coherente) lichtbron op de plaats van de beamsplitter? (ruimte is 3-dimensionaal, dus de lichtbron hoeft het samenvoegen van de lichtbundels niet in de weg te zitten) Of zou dat eigenlijk bijna hetzelfde zijn als het klassieke dubbele spleet experiment?
het heeft alleen zin om veel fouten te maken als je er iets van op steekt

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.388

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Fotonen beïnvloeden elkaar niet, tenzij hun energie(verschil) extreem hoog wordt. Zie dit Wikipedia artikeltje.

 

Wat betreft die dikte van de beamsplitter (meestal glas met daarop een zeer dun laagje reflecterend metaal gedampt) heb je gelijk. Daarom wordt in betere interferometers een extra stukje glas ter compensatie geplaatst, zoals in dit vereenvoudigde schema:

 
Afbeelding

Hoe je je punt 3 praktisch voorstelt begrijp ik niet.
Motus inter corpora relativus tantum est.

Gebruikersavatar
Berichten: 433

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Dank voor de uitleg, verhelderend. Ik zit hooguit nog een beetje met de golflengte van het laserlicht, en dan misschien vooral alleen i.v.m. de brekingsindex. Maar dat is een kleinigheid. Toch maar even mijn gedachte: mocht de golflengte door een of andere oorzaak iets anders zijn in de ene arm dan in de andere arm, of veranderen tijdens de meting (de verwachting bij michelson morley), gaat dat dan een effect hebben, bijvoorbeeld op de precieze uitlijning van de spiegeltjes?
 
Dan wat betreft punt 3. Mijn gedachte was eigenlijk vrij simpel: de beamsplitter heeft als bedoeling om van 1 laserbron twee gelijke laserbronnen te maken. Het interferentiepatroon ontstaat door deze 'twee dezelfde laserbronnen' vervolgens via de twee spiegeltjes over elkaar te projecteren. Maar waarom zou je daarvoor een beamsplitter willen gebruiken? (met alle mogelijke complicaties van dien). is het niet mogelijk om simpelweg 1 lichtbron te gebruiken op de plek van de beamsplitter? Of bestaat er geen lichtbron die coherent licht in minstens twee verschillende richtingen tegelijk uitzendt?
 
Bestaan er bijvoorbeeld lasers die 2 laserstralen tegelijk produceren? Bijvoorbeeld een laser met 4 spiegels in een paralellogramvorm waarvan 2 halfdoorlatend zijn
 
Of functioneert misschien zelfs gloeilamplicht? Of een ander soort licht?
 
Sorry het zijn theoretische vragen, ik ben niet zo'n man van de praktijk
het heeft alleen zin om veel fouten te maken als je er iets van op steekt

Reageer