op welk principe werkt een interferometer?

Moderator: physicalattraction

Gebruikersavatar
Berichten: 433

Re: op welk principe werkt een interferometer?

die hanze schreef: Ik neem even een dat je gewoon het principe van een michelson interferometer wil begrijpen zoals die vandaag in enorm veel vakgebieden gebruikt wordt.
Ik stel voor dat we het historische experiment even achterwegen laten. Als lichtbron gebruiken we dus een laser. Ik heb gezien in je animaties dat je telkens een coherente maar isotrope puntbron als licht bron tekent. Een laser is inderdaad coherent maar is zeker geen puntbron. Hoe een laser precies werkt is zeer interessant, maar ik laat de precieze werking even achterwege. Om goed coherent en monochromaan licht uit een laser te krijgen gebruik je een "resonance cavity" (holte). Deze cavity wordt geconstrueerd met lenzen en spiegels en selecteert via een interferentie patronen een bepaalde golflengte die versterkt wordt en heel coherent de laser verlaat in min of meer vlakke golven. De laser als licht bron lijkt dus optische op een coherente puntbron die wel kilometers ver staat. Uiteraard is er een zekere dispersie in de golven die een laser uitstraalt, na een tijdje wordt de bundel breder en breder. Als dit effect te groot is, zoals vaak het geval in heel precieze experiment kan men hiervoor corrigeren met lenzen. Door afwisselend convergente en divergente lenzen te gebruiken, kan men de bundel heel goed vlak en parallel houden. Wat je allemaal zegt over temperatuurs veranderingen en trillingen die de hele opstelling zouden verpesten is inderdaad allemaal waar. Een goede michelson interferometer is extreem gevoelig en is niet gewoon 3 spiegeltjes en een laser. Om te beginnen, gebruiken ze een hele zware tafel (kan een ton wegen) die ook nog eens gedempt op de grond staat om vibratie te vermijden via de vleor als iemand voorbij loopt. Een zwaar object van massief ijzer is gewoon moeilijk aan het trillen te krijgen. Dan elk optisch lensje of spiegeltje dat gemonteerd is op de tafel heeft vaak ook een zwaar voetstuk van een kilo. weer om vibratie's op te vangen. De rails waarop alles gemonteerd wordt is gemaakt van zogenaamd "invar" staal. Dit is een speciale legering van ijzer en nikkel dacht ik waarbij de thermische expansie coëfficiënt nul is. Hier is ooit trouwens een nobel prijs voor uitgereikt en de fysische verklaring is zeer complex. In ieder geval al die problemen die je bedenkt zijn echt een probleem, deze opstelling zijn zeer gevoelig en vereist enorm geduld in het afstellen van alle spiegeltjes en lenze enz..... . Maar de gevoeligheid van zo'n interferometer is net wat het zo krachtig maakt. Indien alle parameters onder controle zijn en je een mooi interferentie patroon hebt, kun je bijvoorbeeld één spiegel blootstellen aan een trilling of een materiaal expansie die je wil meten. Ik heb ooit met een kleine michelson interferometer gewerkt en als je hard praatte in de richting van de opstelling dan zag je je stem vibratie het interferentie patroon doen trillen. Kloppen op tafel was ook iets not done. In een van de armen hadden we dan een kleine doorzichtige gas cel waar we gas in konden pompen tot een bepaalde druk. Naarmate de druk steeg, zagen we het interferentie patroon verschuiven.
Dit komt omdat het een gas op een hogere druk een grotere brekingsindex heeft en dus het licht vertraagd waardoor de golflengte korter wordt. Dit konden we heel precies volgen door te tellen hoeveel maxima er voorbij schoven.
 
Er komt meer
 
 
Het is goed dat je je bezig houdt met het expliciet uitrekenen van specifieke voorbeelden, veel beter dan in rond goochelen met termen die je niet begrijpt zoals hier wel vaker gebeurt.
 
 
die hanze schreef: Nu al deze praktische aspecten zijn interessant maar leiden af van het echte werkings-principe wat ook de titel is van het topic. Vergeet even de divergentie van de lichtbundel, neem aan dat het in een mooie rechte oneindig dunne lijn heen en weer kaatst tussen de spiegels. Alles mooi coherent en monochroom (perfecte laser). Vergeet trillende en draaiende spiegels en thermische expansie etc.... .
Wat er toe doet is wat de detector nu gaat zien en dat hangt allemaal af van het fase verschil die de lichtbundels oplopen wanneer ze een verschillend traject afleggen( de ene gaat in de horizontale richting en de andere volg het verticale pad). Als het fase verschil een geheel veelvoud is van de golflengte zien we een heel sterk signaal (het licht is heel intens) dit komt doordat de lichtbundels constructief interfereren. Is het fase verschil een geheel veelvoud van een halve golflengte, zien we geen signaal want de golven gaan dan destructief interfereren. Wat we typisch gaan doen is gedurende het experiment tellen hoeveel heldere of donkere spots voorbij onze detector passeren. Door deze te tellen kunnen we het totale faseverschil dat opgelopen wordt gedurende het experiment berekenen en kunnen we daaruit bvb berekenen of één van beide armen langer geworden is door bvb het passeren van een zwaartekrachtgolf.
 
Ik hoop dat dit je een beetje op het rechte pad helpt want je was jezelf wat aan het verliezen in details geloof ik. (hoewel details belangrijk zijn uiteraard)
 
Veel dank voor het uitgebreide antwoord. Ik heb, met kleur, een aantal passages geaccentueerd die ik zelf belangrijk vond.
 
Bij het gedeelte over het corrigeren van de divergentie van de laserbundel meen ik af te kunnen leiden dat deze lenzen zich verderop in het pad van de interferometer bevinden. Zeg maar ergens in de ruimte binnen de armen?
 
Verder vind ik het belangrijk om te realiseren dat interferometrie werkt door het meten van het faseverschil. (zeg maar het tellen van de golven in de ruimte tussen de spiegels) Dat is niet per sé hetzelfde als een verschil in lichtsnelheid.
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: 7.471

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Wil je wat meer, vooral praktische informatie over zo'n interferometer, dan is DIT topic misschien interessant.
De gevoeligheid van de daar getoonde zelfbouw interferometer is ongeveer 1/20 fringe (dus 1/20 van 526 nm, zo'n 30 miljoenste millimeter). 

Berichten: 42

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Michel Uphoff schreef:
vr 09 sep 2016, 17:26
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. 
Michel,

Is het wel eens bij iemand opgekomen om die lichtbron/laser los te schroeven, zodat die met zeer hoge snelheden kan bewegen t.o.v. de rest van het apparaat? Zoals hij nu in elkaar zit kun je er natuurlijk geen verschillen in lichtsnelheid mee ontdekken. Een vacuüm reist niet mee met een bewegende lichtbron t.o.v. het scherm of andersom. "Niets" beweegt niet. Zijn we eindelijk van dat "constant" in de "ether" af, krijgen we iets wat nog veel erger is: "constant" in bewegend "niets"!

mvg
Zoeff

Berichten: 634

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Aarde draait rond de zon, onze snelheids-vector veranderd constant.

Berichten: 42

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Klopt. Maar binnen de interferometer beweegt er niets t.o.v. elkaar. Of begrijp ik je verkeerd?

In het openingsbericht van tuander proef ik dat hij zijn twijfels heeft over de exactheid van de gangbare theorieën. (Corrigeer mij als ik fout zit.) Dat licht zich niet voortplant m.b.v. en t.o.v. een medium (waarin de aarde zich zou bewegen) is wat het MM-experiment opleverde.

De constante lichtsnelheid zou met dit apparaat in principe bewezen kunnen worden als met een losgekoppelde lichtbron het interferentiepatroon ook niet verandert. Eens? (Afgezien van of het praktisch uitvoerbaar is.)

Gebruikersavatar
Berichten: 2.012

Re: op welk principe werkt een interferometer?

zoeff schreef:
di 29 okt 2019, 11:44
De constante lichtsnelheid zou met dit apparaat in principe bewezen kunnen worden als met een losgekoppelde lichtbron het interferentiepatroon ook niet verandert. Eens? (Afgezien van of het praktisch uitvoerbaar is.)
Nee, niet eens.
Je zou het idee van een constante lichtsnelheid hoogstens onderbouwen (voor zover dat nog nodig is).
Bewijzen kun je het nooit.

Mocht er niet uitkomen wat iedereen verwacht, dan heb je het idee gefalsificeerd.

Berichten: 42

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Je bedoelt neem ik aan: als het interferentiepatroon niet verandert bij verschillende snelheden van de lichtbron, dan is het idee dat de lichtsnelheid niet constant is gefalsificeerd.
Wat zou de conclusie moeten zijn als het interferentiepatroon evenredig aan de veranderingen in snelheid van de lichtbron wijzigt? (Voor een goed resultaat houden we een groot verschil in de lengte van de armen van het apparaat.)

Gebruikersavatar
Berichten: 2.012

Re: op welk principe werkt een interferometer?

zoeff schreef:
di 29 okt 2019, 14:00
Je bedoelt neem ik aan: als het interferentiepatroon niet verandert bij verschillende snelheden van de lichtbron, dan is het idee dat de lichtsnelheid niet constant is gefalsificeerd.
Nee. Ik bedoel dat als het interferentiepatroon wel verandert bij verschillende snelheden van de lichtbron, dat dan het idee dat de lichtsnelheid constant is, gefalsificeerd is.
Beter gezegd, als het interferentiepatroon anders dan verwacht verandert. Door het Dopplereffect ziet de interferometer een andere frequentie waardoor het patroon ook al verandert.


Gebruikersavatar
Berichten: 2.012

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Overigens lijkt me de veronderstelling dat lichtsnelheid zou afhangen van de snelheid van de bron vrij makkelijk te testen.

Laat licht van een stukje hemel waarin objecten met duidelijk verschillende radiale snelheden t.o.v. de aarde te zien zijn door een periodieke afsluiter gaan (b.v. een draaiend wiel met openingen die het licht periodiek tegenhouden en doorlaten).

Als het licht van die verschillende objecten onderling ongelijk is zul je op een voldoende grote afstand die objecten op verschillende tijdstippen aan en uit zien gaan.

Berichten: 42

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Je bedoelt de methode van Fizeau. Ook een mogelijkheid (?). De vraag is of het praktisch uitvoerbaar is. Het zwakke licht moet eerst nog via een redelijk ver geplaatste spiegel teruggekaatst worden.

Gebruikersavatar
Berichten: 2.012

Re: op welk principe werkt een interferometer?

zoeff schreef:
di 29 okt 2019, 18:54
Je bedoelt de methode van Fizeau.
Inderdaad, zoiets.
Praktisch zeker uitvoerbaar maar ik vermoed dat niemand daar tijd en moeite aan gaat besteden.

Berichten: 42

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Xilvo schreef:
di 29 okt 2019, 14:14

... Door het Dopplereffect ziet de interferometer een andere frequentie waardoor het patroon ook al verandert.
Dat maakt het extra moeilijk. Er zou een voorspelbaar en meetbaar verschil moeten zijn tussen beide effecten: dopplereffect door bewegende bron+afwijking lichtsnelheid gelijk aan beweging bron, en dopplereffect door bewegende bron en gelijkblijvende lichtsnelheid.

Gebruikersavatar
Berichten: 2.012

Re: op welk principe werkt een interferometer?

zoeff schreef:
di 29 okt 2019, 19:25
Dat maakt het extra moeilijk.
Nee, hoor. Doppler-effect is prima te berekenen net als wat er zou gebeuren indien de bundel niet met de lichtsnelheid zou reizen.

Berichten: 42

Re: op welk principe werkt een interferometer?

Als dit allemaal prima uitvoerbaar is? Waarom dan niet?
(Als je ziet hoeveel geld er anderzijds wordt uitgegeven aan het zoeken naar bevestigingen of andere vaag vermoede verschijnselen.)

Gebruikersavatar
Berichten: 2.012

Re: op welk principe werkt een interferometer?

zoeff schreef:
di 29 okt 2019, 21:46
Als dit allemaal prima uitvoerbaar is? Waarom dan niet?
Omdat we al weten wat de uitkomst zal zijn.
Het zou me bovendien niets verbazen als een soortgelijk experiment ooit al eens gedaan is.

Reageer