萨尼克效应,又称为萨尼克干涉现象,这一名称源自法国物理学家乔治·萨尼克(Georges Sagnac),是干涉仪中遇到的一种由旋转引起的现象。该效应在一种称为环形干涉仪或萨尼克干涉仪中表现得淋漓尽致。当一束光线被分割成两束光,并使这两束光沿相同的路径但相反方向行进时,当它们返回进入点并允许它们退出环形路径时,两束光线将发生干涉。由于设备的角速度,这两束光线的相对相位和干涉条纹的位置将发生偏移。换句话说,当干涉仪静止于非旋转框架相对时,两束光在两个方向上穿越环形路径所需的时间相同。然而,当干涉仪系统旋转时,某一束光需要经过更长的路径才能完成一圈,这导致相位差的产生。
萨尼克于1913年进行这一实验,旨在证明以太的存在,而这一理论在爱因斯坦的特殊相对论中已被视为冗余。
萨尼克干涉仪的操作原理涉及使用三个或多个镜子,这样对应反向的光束可以沿着封闭的路径行走,如三角形或正方形。或是使用光纤来引导光线沿闭合路径行走。当安装环形干涉仪的平台旋转时,干涉条纹的位置会相对于不旋转时的安排发生改变,这一位移量与旋转平台的角速度成正比。值得注意的是,旋转的轴心并不一定必须位于封闭区域内。相干干涉条纹的相位变化与平台的角频率成正比,其被一个公式所表示,此公式源自萨尼克的最初研究。
这一现象的历史则可追溯到1887年米歇尔森—莫雷实验,它的结果暗示假设中的光以太(luminiferous aether)如果存在,将被地球完全拖拽。为了检验这一假设,奥利佛·洛奇在1897年提议建造一个巨型环形干涉仪旨在测量地球的旋转。这一理论建议保障了米歇尔森与盖尔于1926年的环形干涉实验,该实验旨在检查地球的旋转是否会影响光的传播。
「萨尼克效应的变化在不同的旋转框架中给出了不同的光速,但不影响光的绝对速度。」
在萨尼克的测量中,对应于旋转干涉仪的时间差,最终得出的结果是能够无需进行外部参考而测定光的传递时间和相位差。这一现象引发了有关其意义和解释的长期辩论。这场辩论在和马克斯·冯·劳厄(Max von Laue)于1911年对萨尼克效应的首批描述紧密相关,后者运用了特殊相对论以解释类似的现象,表明这一干涉实验的结果适用于相对论的特定范畴。
说来心酸,尽管萨尼克的实验目标在于探求静态以太的证明,但冯·劳厄已有理论表明,无论该效应与光的传播有什么样的关联,现实中光速的不变性才是这一运动的关键所在。现代的激光陀螺仪及光纤陀螺仪根据萨尼克效应发展而来,不需要任何移动部件,为许多现代惯性导航系统带来了革命性的改变。
「在特殊相对论的框架内,萨尼克效应的影响提供了一个纯粹的物理现象,它考验着我们对光速度的理解。」
今天,我们探讨这一现象时,不得不面对一个根本性问题:在纯物理的复杂性中,萨尼克效应是否意味着我们对光速的一般理解需要重新审视呢?