[論文レビュー] Does the velocity of light depend on the source movement?

Luis Bilbao|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2016

Orbital Angular Momentum in Optics参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、光の速度がその源の速度に依存することを提案し、相対性理論の第二仮説に挑戦する。検出時における源の速度に基づいて光の速度とドップラーシフトを関連させることで、標準的な電磁現象と整合する修正相対論的理論（VRT）を用いて、宇宙船追跡の異常——1998年のNEARフライバイにおける距離差異とドップラー残差——を定量的に説明する。

ABSTRACT

Data from spacecrafts tracking exhibit many anomalies that suggest the dependence of the speed of electromagnetic radiation with the motion of its source. This dependence is different from that predicted from emission theories that long ago have been demonstrated to be wrong. By relating the velocity of light and the corresponding Doppler effect with the velocity of the source at the time of detection, instead of the time of emission, it is possible to explain quantitatively and qualitatively the spacecraft anomalies. Also, a formulation of electromagnetism compatible with this conception is possible (and also compatible with the known electromagnetic phenomena). Under this theory the influence of the velocity of the source in the speed of light is somewhat subtle in many practical situations and probably went unnoticed in other phenomena.

研究の動機と目的

• 実験的証拠が、光の速度が源の運動に依存しないという標準的仮定を矛盾させることを調査すること。
• NEARフライバイにおける距離差異やドップラー残差といった、長期間にわたる宇宙船追跡の異常を、光の伝播を再解釈することで解消すること。
• 源の速度効果を組み込みつつ、既知の電磁現象と整合する実現可能な電磁理論（VRT）を構築すること。
• 深宇宙追跡データにおける観測された異常が、新たな物理や測定誤差を仮定せずに、修正された光速度モデルによって説明可能かどうかを検証すること。

提案手法

• 1998年NEARフライバイにおけるDSNとSSNレーダーステーション間の距離差異データを分析し、時間的に変化する距離差異を式 δR(t) = -[R(t)·v(t)]/c に適合させる。
• 検出時における光の速度が c + (v·R̂)/c と変化する、速度依存の相対論的理論（VRT）を適用し、標準相対論とは異なる。
• 軌道データとシミュレートされたドップラー信号を用いて、VRTの予測と観測されたフライバイ異常を比較し、アンテナの非一様な運動とスイッチング時間の影響を補正する。
• 式（14）に示される修正ドップラー式を導出し、送信時および受信時の源および受信体の速度を含める。これにより、SRTと直接比較可能となる。
• VRT下での軌道パラメータを調整して一次残差を除去し、SRTと比較して軌道面のわずかな回転しか生じないことを示す。
• モデルの妥当性を検証するため、フライバイデータで観測された、位相シフトを伴う正弦波的ドップラー残差を再現し、形状と振幅が報告されたプロットと一致することを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1998年NEARフライバイ時に観測された最大1 kmの距離差異は、速度依存の光速度モデルによって説明可能か？
• RQ2 なぜ宇宙船追跡におけるドップラー残差が、標準相対論と整合しない、非ランダムな一次的パターン（v/cに依存）を示すのか？
• RQ3 源の速度効果が光の速度に及ぼす影響を組み込みつつ、既知の電磁現象を維持する整合的な電磁理論を構築することは可能か？
• RQ4 このような速度依存の光速度効果が、それらが存在するにもかかわらず、過去の実験では検出されていないのはなぜか？
• RQ5 提案されたVRTモデルは、単純な弾道理論とはどのように異なるのか？そして、なぜ多くの文脈ではSRTと実験的に区別できないのか？

主な発見

• DSNとSSN間の距離差異（最大1 km）は、δR(t) = -[R(t)·v(t)]/c に有意に適合し、p < 10⁻³ の有意水準を満たす。
• このモデルは、レーダーフレームにおいてDSN信号が c + (v·R̂)/c で伝播することを示唆し、相対性理論の第二仮説に反する。
• これまで説明がつかなかったフライバイドップラー残差は、位相シフトを伴う明確な正弦波的パターンを示し、VRTの予測と一致する形状、振幅、極小・極大位置を示す。
• VRT下でのシミュレートされた残差は、観測データをよく再現しており、アンテナのスイッチング時間の影響により、通過後と通過前の残差が非対称となる。
• SRTとVRTの軌道の唯一の違いは、わずかな軌道面の回転であり、標準的なエフェマリスとほとんど矛盾しないことを示している。
• 理論は多くの文脈においてSRTと実験的に区別できないままであり、これがこのような効果が長年にわたり検出されなかった理由を説明している。