Что такое интерферометр майкельсона?

      Комментарии к записи Что такое интерферометр майкельсона? отключены

Что такое интерферометр майкельсона?

    Интерферометр Майкельсона — превосходный прибор, в далеком прошлом и прочно вошедший в инструментарий современной науки и техники. Когда-то как раз с его помощью в первый раз измерили полную величину длины световых волн и экспериментально доказали принцип независимости скорости света от перемещения его источника, что совсем похоронило догадку «светоносного эфира» и стало одним из краеугольных камней теории относительности

Этим летом физики из Национальной лаборатории Fermilab предполагают приступить к опытам с двумя однообразными интерферометрами Майкельсона, рассчитывая показать квантовую «зернистость» времени и пространства.

Цена деления

Участники опыта во главе с Аароном Чоу и Крейгом Хоганом желают найти шум, вызванный колебаниями полупрозрачной пластинки интерферометра. Подобно практически всем физиков, они предполагают, что пространство квантовано в масштабах планковской длины — 1,6х10−33см (такова его минимальная «цена деления»), а время — в масштабах 5,4х10−44 с. В случае если это так, то пространство-время в этих масштабах претерпевает квантовые флуктуации, каковые приведут к хаотической дрожи разделительной пластинки.

Для обнаружения данной дрожи и предназначены устройства Майкельсона. Крейг Хоган, чья теория легла в базу опыта, назвал их голографическими интерферометрами, либо попросту голометрами (holometer).

Из вычислений Хогана направляться, что квантовые флуктуации пространства и времени не разрешают в один момент выяснить правильные координаты расщепляющей пластинки в двух перпендикулярных направлениях. При таких измерениях появляются неустранимые неопределенности, подобные неопределенностям в измерении импульса и положения элементарных частиц.

Скромный опыт

Для столь важного научного прорыва задействованы более чем скромные средства. Ни цена опыта (всего $2,5 млн), ни размеры интерферометров (протяженность плеча 40 м), ни мощность лазеров (2 Вт) не поражают воображение. На протяжении опыта нужно будет отфильтровывать простые шумы от сотрясений земли, электрических помех, колебаний интенсивности лазерного света и многих вторых источников.

Опыт предполагают провести в два этапа. Сперва интерферометры установят один над вторым, дабы световые пучки шли по параллельным дорогам, поделённым по вертикали маленькой щелью. Экспериментаторы рассчитывают, что в этом случае квантовые шумы, каковые измерит любой прибор, будут похожи. В случае если так и окажется, во второй стадии опыта один из интерферометров повернут на 90 либо 180 градусов. Ожидается, что в этом случае любой прибор будет «шуметь» независимо от партнера.

Хороший финал опыта будет свидетельствовать о обнаружении макроскопического результата, обусловленного квантованностью времени и пространства.

В голограммы

В 1990-х годах была выдвинута догадка, известная как голографический принцип. Она говорит, что квантованные степени свободы замкнутой области пространства-времени определяются информацией, записанной на ее граничной поверхности. Эта поверхность действует подобно оптической голограмме, которая, будучи двумерной, разрешает выстроить трехмерное изображение.

Носителями любой таковой записи выступают элементарные «пиксели» планковских размеров. Хоган уверен в том, что голографический принцип ограничивает количество информации, которую возможно упаковать в определенного пространственно-временного количества, и такие ограничения должны проявиться в неопределенностях измерений взаимно ортогональных координат. Исходя из этих мыслей, он формулирует цель опыта как демонстрацию «голографического шума».

Но, в научных статьях Хоган применяет другую терминологию — обнаружение планковской квантовой геометрии.

Проект Хогана и Чоу уже столкнулся с неприятием со стороны физиков-теоретиков с мировыми именами. Один из основных приверженцев (и создатель самого термина) голографического принципа доктор наук Стэнфордского университета Леонард Сасскинд вычисляет опыт нелепым и ненужным.

Доктор наук Калифорнийского университета в Беркли Рафаэль Буссо в недавнем интервью изданию Science прямо объявил, что предсказанные Хоганом неопределенности в измерениях координат по большому счету не имеют ничего общего с голографическим принципом. Буссо уверен, что опыт даст нулевой итог, что, как он подозревает, без всяких на то оснований может скомпрометировать голографическую догадку.

«Связь между опытом с голометрами и голографическим принципом не в полной мере однозначна, но она существует, — растолковывает «ПМ» доктор наук Хоган. — Но сам принцип в этом опыте проверяться не будет, так что нулевой итог ему ничем не повредит». Измерения начнутся в осеннюю пору, но для выхода на должный уровень чувствительности потребуется еще большое количество месяцев, так что первые результаты вряд ли покажутся раньше 2014 года.

Измеряя квантовый шум

    По двум осям Опыт Holometer позволяет зарегистрировать колебания пластинки-делителя в один момент в двух перпендикулярных направлениях. Без применения интерферометра такая регистрация неосуществима

Несложная схема интерферометра Майкельсона имеется в любом школьном книжке физики.

Параллельный пучок монохроматического света падает на полупрозрачную пластинку и расщепляется на несколько когерентных пучков, каковые по взаимно перпендикулярным дорогам уходят к двум зеркалам. Отразившись, они возвращаются к пластинке, сливаются, проходят через фокусирующий объектив и интерферируют в его фокальной плоскости, где и установлен детектор, регистрирующий интерференционную картину волновых фронтов пучков. В случае если расщепляющая пластинка на протяжении опыта хаотически вибрирует, то интерферометр может зарегистрировать эти вибрации в виде шума, наложенного на световые сигналы.

Статья «Майкельсоном по Планку» размещена в издании «Популярная механика» (№116, июнь 2012).

Опыт Майкельсона — Морли


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: