薩尼克效應,又稱為薩尼克干涉現象,這一名稱源自法國物理學家喬治·薩尼克(Georges Sagnac),是干涉儀中遇到的一種由旋轉引起的現象。該效應在一種稱為環形干涉儀或薩尼克干涉儀中表現得淋漓盡致。當一束光線被分割成兩束光,並使這兩束光沿相同的路徑但相反方向行進時,當它們返回進入點並允許它們退出環形路徑時,兩束光線將發生干涉。由於設備的角速度,這兩束光線的相對相位和干涉條紋的位置將發生偏移。換句話說,當干涉儀靜止於非旋轉框架相對時,兩束光在兩個方向上穿越環形路徑所需的時間相同。然而,當干涉儀系統旋轉時,某一束光需要經過更長的路徑才能完成一圈,這導致相位差的產生。
薩尼克於1913年進行這一實驗,旨在證明以太的存在,而這一理論在愛因斯坦的特殊相對論中已被視為冗餘。
薩尼克干涉儀的操作原理涉及使用三個或多個鏡子,這樣對應反向的光束可以沿著封閉的路徑行走,如三角形或正方形。或是使用光纖來引導光線沿閉合路徑行走。當安裝環形干涉儀的平台旋轉時,干涉條紋的位置會相對於不旋轉時的安排發生改變,這一位移量與旋轉平台的角速度成正比。值得注意的是,旋轉的軸心並不一定必須位於封閉區域內。相干干涉條紋的相位變化與平台的角頻率成正比,其被一個公式所表示,此公式源自薩尼克的最初研究。
這一現象的歷史則可追溯到1887年米歇爾森—莫雷實驗,它的結果暗示假設中的光以太(luminiferous aether)如果存在,將被地球完全拖拽。為了檢驗這一假設,奧利佛·洛奇在1897年提議建造一個巨型環形干涉儀旨在測量地球的旋轉。這一理論建議保障了米歇爾森與蓋爾於1926年的環形干涉實驗,該實驗旨在檢查地球的旋轉是否會影響光的傳播。
「薩尼克效應的變化在不同的旋轉框架中給出了不同的光速,但不影響光的絕對速度。」
在薩尼克的測量中,對應於旋轉干涉儀的時間差,最終得出的結果是能夠無需進行外部參考而測定光的傳遞時間和相位差。這一現象引發了有關其意義和解釋的長期辯論。這場辯論在和馬克斯·冯·勞厄(Max von Laue)於1911年對薩尼克效應的首批描述緊密相關,後者運用了特殊相對論以解釋類似的現象,表明這一干涉實驗的結果適用於相對論的特定範疇。
說來心酸,儘管薩尼克的實驗目標在於探求靜態以太的證明,但冯·勞厄已有理論表明,無論該效應與光的傳播有什麼樣的關聯,現實中光速的不變性才是這一運動的關鍵所在。現代的激光陀螺儀及光纖陀螺儀根據薩尼克效應發展而來,不需要任何移動部件,為許多現代慣性導航系統帶來了革命性的改變。
「在特殊相對論的框架內,薩尼克效應的影響提供了一個純粹的物理現象,它考驗著我們對光速度的理解。」
今天,我們探討這一現象時,不得不面對一個根本性問題:在純物理的複雜性中,薩尼克效應是否意味著我們對光速的一般理解需要重新審視呢?