Bepaling lichtsnelheid altijd met gebruik van een spiegel?

[Professor Puntje]

Het is mij niet helemaal duidelijk hoe ze dat doen, maar mogelijk hebben we hier iets aan?
 

[hagemot]

Dank Professor Puntje; mooie opname! Stel nu eens dat het licht zich gedraagt zoals het zich hier empirisch toont, en we laten vanwege onze leerverschillen even weg wat het leertheoretisch wordt geacht te zijn.
En we veronderstellen nu wat Benm inbrengt: "De nauwkeurigheid van de opstelling is echter wel heel lastig: je moet de spiegels positioneren met een fout kleiner dan de golflengte als je zoekt naar vertragingen in de orde grootte van de frequentie."
Dan is er dus bij de botsing met de spiegel een vraag naar de golflengte en de frequentie.
Dan kom ik, en stel even gedachtenexperimenteel dat dit een Gires–Tournois etalon interferometer is. Dan moeten we ineens inderdaad ermee rekenen dat de faseverschuivingen empirisch meetbaar en bewijsbaar sterk samenhangen met de golflengte. 
Dan is de voorzichtige verwachting dat algemeen geldt dat een golfengteverschil leidt tot een faseverschil die samenhangt met de golflengte. 
 
Dit is niet moeilijk. Maar je moet het zien. Als je het ziet, dan heb je deze informatie niet eens nodig. Het is ballast en gewichtigdoenerij. Want vanaf het moment dat je het woord fase hoort, weet je dat je niets meer met beweging kunt. Want: een fase heeft geen eenheid. Dus is een fase per definitie frequentie-afhankelijk. Gewoon vanwege de titel. Je kunt toch ook niet een appel wegsturen en verwachten dat 'ie als een peer zichtbaar wordt? En dat draaien we om: je kunt toch ook niet een appel (frequentie met een fase) en een peer (frequentietoename door beweging) optellen en verwachten dat de uitkomst alleen in appels is?
 
Nu geloven wij elkaar niet. Maar het ongeloof maakt dat we voorzichtig moeten zijn. Wetenschap gaat niet over geloof in mystiek, maar over juist niet geloven, behalve dan wat je waarneemt. Dus kunnen we er niet omheen dat we tegelijk zowel frequentiemeters als fasemeters opstellen bij elke proef. En we werken natuurlijk uitsluitend met licht van één frequentie. En dan zien we het licht,  en we verbazen ons en vragen ons af wat we hebben gemist en wat er ooit is misgegaan; en dan is 'Licht in zicht' in een ommezien uitverkocht.   
 
Sorry; dat was natuurlijk een niet ter zake doende off-topic escapade mijnerzijds. On topic is hier relevant dat elke spiegel de lichtstraal verandert. Want de spiegel beweegt. Lichtbron en spiegel samen zorgen dus twee keer voor een aanpassing van de frequentie. En dat is precies waarom de oorspronkelijke fase weer teruggemeten wordt. Maar het licht is ondertussen twee keer veranderd! Om dit te begrijpen heb je echt niet meer nodig dan middelbare school en boerennuchterheid. En daar is het waar de wetenschap de mist is ingegaan: natuurkunde is geen natuurkunde meer, als het stopt met verklaren en vlucht in mystiek en gezagsstructuren.

[Benm]

Wat die video betreft: Voor zover ik  begreep kijk je niet naar -dezelfde- lichtbundel, maar maakt men deze opnames door voor ieder frame een laserpuls te zenden, en dan 1 zeer korte opname te maken. Die opname is dan telkens 0.1 ns later vergeleken met de laserpuls, waardoor je zo'n fimpje kunt samenstellen. 
 
Het ziet er bijzonder magisch uit, ik heb ze ook gezien waarbij een lichtpuls door dingen als een fles water of een tomaat ging, maar het is dus niet zo dat dit een of andere camera is die miljarden beelden per seconde schiet, de filmpjes zijn een samenstelling van frames van een puls ieder.
 
Neemt niet weg dat het interessant is wat er te zien is bij die spiegels - vertragen lijken ze niet echt te doen, maar het ziet er wel uit alsof de bundel op het einde 'langer' is dan aan het begin. Wellicht is dat puur gevolg van perspectief, lastig te zeggen.  

[Professor Puntje]

De vraag of reflectie van een lichtstraaltje aan een spiegel een zekere vertraging met zich mee brengt is interessant, en het lijkt mij dan ook zeer onwaarschijnlijk dat daar nooit nader onderzoek naar gedaan is. Voordat we hier appels met peren gaan vergelijken lijkt het mij dan ook zinniger om eerst eens na te gaan wat er over de eventuele vertraging door spiegeling al bekend is.

[Benm]

Uiteraard heb ik wel even gezocht, maar kon er weinig over vinden. Wellicht dit: https://www.quora.com/Do-reflections-have-a-delay-Why-or-why-not
 
Dat lijkt de duiden op wel een vertraging, maar in de grootte van de frequentie. Het is echter geen heel exact antwoord. 

[jkien]

Een interferometer laat twee lichtbundels interfereren die evenveel reflecties hebben ondergaan. Een eventuele vertraging tijdens reflectie is irrelevant als hij voor alle reflecties even groot is. Dat kun je thuis nauwkeurig onderzoeken met een zeepvlies, waar wit omgevingslicht op schijnt, liefst met een donkere achtergrond. Als de zeepvliesdikte veel kleiner wordt dan de gemiddelde golflengte van het licht, reflecteert het vlies geen enkele golflengte meer. Dat komt door interferentie van de reflecties van het voorste en achterste zeepvliesoppervlak, waarbij de reflectie op het voorste oppervlak een fasesprong van 180° ondergaat. Als de reflectie op het voorste en achterste oppervlak een ongelijke vertraging had zou er geen totale uitdoving zijn.
 

[hagemot]

Precies het effect dat je hier ziet dat bepaalde golflengten gewoon niet genoeg lengte krijgen, geeft het principe weer van zowel breking als van het identificeerbare karakter van een golf als zijnde niet meer dan één frequentie tegelijk. 
 
Maxwell heeft hierontrent de wereld het concept gebracht dat het product van f ^. λ = v  Dat is wel een snelheid die constant blijft, maar ondertussen is die snelheid wel opgebouwd uit een golflengte (afstand) keer een vermenigvuldigingsgetal. Uit de aard van het vermenigvuldigingsgetal als veelvoud, kun je iets zinnigs zeggen over een veranderde snelheid: die komt terug in een hoger aantal voorkomen, oftewel een hogere frequentie. Maar ook uit de aard van hetzelfde fenomeen, namelijk de trillingstijd, weten we dat elke frequentie zijn eigen hoedanigheid van snelheid heeft. Immers blauw gaat in dezelfde tijd veel vaker heen en weer trillen. Dat is precies wat frequentie letterlijk zegt. Ja, en dan ontkom je er niet aan: blauw komt eerder aan.
 
Maar inhoudelijk is het ondertussen natuurlijk niet zo eenvoudig dat als we gelijke vertragingen inbrengen dat dan de overbruggingstijd ook gelijk blijft. Sowieso niet, maar daarnaast ook nog onderscheiden naar aard, of het licht wordt geacht als een deeltje of als een golf te bewegen. En bij een golf kom ik weer op druk of lading en reken frequentie-energie er ook maar toe.
 
En de intrigerende vraag is dan hoe het komt dat we de snelheid steeds gelijk meten, en tegelijk ergens wel beseffen dat blauw sneller is dan rood. Die vraag vraagt echt geen rocket science en ik vind hem ook retorisch, maar gelet op allerlei emoties van verwarring en misverstand stel ik voor dat we daar maar gewoon geen probleem van maken en elkaar er niet mee lastig vallen; maar ons in verwondering eraan overgeven dat de natuur voor sommigen nog veel geheimen heeft.

[Benm]

In een vacuum gaan alle gofllengtes/frequenties exact even snel, namelijk met precies de lichtsnelheid. De frequentie maakt echt geen verschil, of het nou een radiogolf, zichtbaar licht of rongenstraling is, door een vacuum gaan ze met exact dezelfde snelheid. Dit is vrij eenvoudig om gelijktijdig pulsen van verschillende frequenties (bijvoorbeeld een radiosignaal en een lichtsignaal) te sturen en te kijken of ze tegelijk aankomen bij een ontvanger. 
 
In een medium is dat echter anders en kan de snelheid per golflengte verschillen. Dit levert onder meer problemen op als colour fringing bij lenzen voor fotografie, en verklaart ook waarom je wit licht kunt scheiden in zijn componentkleuren met een prisma etc. 

[hagemot]

1. Inderdaad de frequentie blijft gelijk, maar juist daardoor moet zij veranderen ten opzichte van een beweging. Want een frequentie geeft een eenheid per tijd. 
2. Als er in de ruimte kleuren zijn, zou je dan niet redelijkerwijze mogen aannemen dat er tenminste verschillende frequenties zijn? Maar als ik je goed begrijp is er in de ruimte nog maar één kleur over? Of anders moeten we concluderen dat frequentie en golflengte niets met de kleur van doen heeft. Overigens zien we in glas dat de kleur gelijk blijft ondanks de veranderde golflengtes, dus valt de golflengte af als normatief voor de kleur. Waarmee we eigenlijk niet veel anders kunnen, dan eenvoudig concluderen dat het toch wat genuanceerder ligt dan verondersteld. 
3. Dat van het blauw dat eerder aankomt, was mal zeggen van mij natuurlijk, maar hoe zou je anders moeten verklaren dat blauw vaker trilt per seconde, en toch niet in staat is om wat sneller op te schieten? Is dat omdat je de trilling haaks (transversaal) op de richting laat plaatsvinden en er vanuit gaat dat er geen naastgelegen deeltjes zijn die geraakt en getriggert kunnen worden om het even snel door te tikken?

[Benm]

Het gaat precies even snel, maar de golven zijn langer bij rood dan bij blauw licht. 
 
Stel dat je een lichtpuls hebt van 1 mm lang, dan reist die puls als geheel met de lichtsnelheid. Als je het puur als golf wilt zien zitten er in de rode puls pakweg 1500 golfjes, en in de blauwe ca 2000. Let wel dat dit golfjes zijn, geen aantallen fotonen. Je kunt het vergelijken met een touw dat op de rond ligt en je een zwiep geeft, dan zie je ahw 1 golf rollen. De hoogte van die golf is vergelijkbaar met het aantal fotonen, de breedte met de golflengte. 

[hagemot]

Ik snap je voorbeeld en geef een tegenvoorbeeld. Stel dat je een treinstel hebt van 10 meter lang, en die reist als geheel met 10 m/s. Als je het puur als golf wilt zien, dan zitten er in de trein 10 raampjes, steeds precies per meter. Let wel dat je dit als een golf behandelt, dus je benadert het als een voortgangssnelheid v en een λ als raam met een frequentie f van 10. Dat is toevallig, want precies heel de trein komt voorbij in1 seconde. Nu komt de trein weer langs en je telt in een seconde 5 raampjes. En je concludeert eenvoudig met een golfbenadering dat snelheid v = f2/f1 maal de oude snelheid is 5/10 maal 10 m/s is natuurlijk 5 m/s.
 
Nu komt er iemand aan, en die zegt dat hij heeft gemeten dat de trein altijd met dezelfde snelheid reist, maar dat er een gelijke golftrein is met grotere ramen. Dat vind ik wat bijzonder, dus we gaan meten. We gaan zitten en er komt een trein langs. Kijk, zegt m'n compagnon, 10 m/s en we tellen 5 raampjes, dus heel eenvoudig is het een treinstel met steeds een raam per twee meter. Maar dan hebben we toch een probleem: het blijkt dat het een kwestie van interpretatie is of we uitgaan van bredere ramen of anders van een lagere snelheid.
 
Dus we meten de snelheid. Hoe gaan we dat doen? Ik had graag mijn bewijs willen halen uit een afstand dx/dt, maar mijn compagnon zet me klem: nee; jij wilde als een golf meten, dus je moet wetenschappelijk zuiver blijven. Dus v = f . λ. En dan blijkt tot zijn verbijstering dat we allebeide gelijk hebben. En noodgedwongen accepteert hij mijn benadering om toch maar gewoon niet van een overbrugging naar een seconde te meten, maar per afstand gedeeld door de tijd. En ik heb natuurlijk gelijk.
 
Dit is een gedachtenexperiment. Om onze gedachten voorbereidend te ordenen. Ik bewijs er geen natuur mee, maar ik ga zeker ook niet met de natuur aan de haal. Want een gedachtenexerpiment moet de natuur blijven volgen, om zichzelf niet te diskwalificeren als fantasie. Maar ik leg het aan je voor met de vraag of je niet redelijk tot een standpunt zou moeten komen dat je premisse dat de snelheid altijd gelijk moet zijn door ons gedachtenexperiment nogal op losse schroeven komt te staan. Wat vind jij?

[Benm]

Ik zou het anders aanpakken: stel je stuurt die trein over een traject van zeg amsterdam naar utrecht, en kijkt hoe lang het duurt voordat de neus van de locomotief bij het begin van het perron is. Hoe lang de trein verder is, of er raampjes in zitten en dergelijke negeren we, we kijken puur naar de positie van de neuspunt bij vertrek in amsterdam en aankomst in utrecht. 
 
Uiteraard werkt dat beter als de trein niet stopt en altijd met dezelfde constante snelheid rijdt - wellicht gewoon de trein van den helder naar heerlen die niet stopt in utrecht of amsterdam maar gewoon dat hele traject goeddeels met constante snelheid aflegt. Maakt het dan uit hoeveel raampjes je per seconde ziet langskomen, gegeven dat er verschillende treinen zijn met grotere en kleinere raampjes, maar die wel allemaal dezelfde snelheid rijden? Mijns inziens niet - je bepaalt de tijd tussen het moment dat de neus over een lijn gaat in amsterdam en in utrecht, en als die treinen daadwerkelijk even snel zijn krijg je consequent hetzelfde resultaat: ongeacht hoe lang de trein is, ongeacht hoe dicht de raampjes op elkaar zitten. 
 
Uiteraard verschilt wel het aantal raampjes per seconde dat je ziet langskomen tussen verschillende types wagons, maar dat zegt helemaal niets over de snelheid van de trein zelf. Zelfs als er helemaal geen raampjes in zitten gaat die neus even snel tussen beide meetpunten. 

[hagemot]

Ukoncime prosim vystup a nastup, dvere se zavireji. Welkom in de Amsterdam-Utrecht Intercity. We kijken naar de voorkant van de trein en naar niets anders. Waarmee kijken we? Hoe kijken we? Wat zien we? Wat is de aard van de neus van de trein?
 
Denk je dat we er in slagen om iets anders te zien dan licht?

[jkien]

Opmerking moderator

Dit topic werd steeds onduidelijker. Het is bij deze gesloten.