[論文レビュー] One-Way Speed of Light Measurements Without Clock Synchronisation

Reginald T. Cahill|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2012

Geophysics and Sensor Technology参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、RF同軸ケーブルにおけるフレネル効果の不在を活用することで、時計の同期が不要な片方向光速測定が可能であることを示している。これにより、宇宙を通過する地球の運動を検出できる。この手法はDeWitteの1991年実験で検証され、現代の二重ケーブル構成でも確認されており、赤経4.3時間、赤緯−75°方向に約486 km/sの優位な慣性系と整合する1次の光速異方性を明らかにしている。

ABSTRACT

The 1991 DeWitte double one-way 1st order in v/c experiment successfully measured the anisotropy of the speed of light using clocks at each end of the RF coaxial cables. However Spavieri et al., Physics Letters A (2012), doi: 10.1016/j.physleta_2012.0010, have reported that (i) clock effects caused by clock transport should be included, and (ii) that this additional effect cancels the one-way light speed timing effect, implying that one-way light speed experiments "do not actually lead to the measurement of the one-way speed of light or determination of the absolute velocity of the preferred frame". Here we explain that the Spavieri et al. derivation makes an assumption that is not always valid: that the propagation is subject to the usual Fresnel drag effect, which is not the case for RF coaxial cables. As well DeWitte did take account of the clock transport effect. The Spavieri et al. paper has prompted this clarification of these issues.

研究の動機と目的

• 片方向光速実験が時計同期なしに絶対運動を測定可能かどうかという論争を解消すること。
• Spavieriらが提唱する「時計搬送効果が片方向光速信号をキャンセルする」という主張に対処すること。
• RF同軸ケーブルにおけるフレネル効果の不在が、光速異方性の有効な1次測定を可能にすることを示すこと。
• DeWitteの1991年実験を検証し、より高い耐性を実現する単一時計・二重ケーブル技術を用いてその結果を拡張すること。
• 歴史的および宇宙探査機のドップラーシフトデータと整合する優位な慣性系に関する実証的証拠を提供すること。

提案手法

• 図1に示す二重片方向RF同軸ケーブル構成（Fig. 1）を用い、事前の同期なしに両端の時計で信号伝搬時間差を測定する。
• 同軸ケーブル内ではフレネル効果が存在しないため、位相速度v_phase = c/nが液体的ドラッグ効果の影響を受けないことを応用する。
• 片方向伝搬時間をt_AB = nL/c + v cos(θ)Ln²/c²とモデル化し、vは地球の優位な慣性系に対する相対速度とする。
• 相対論的時間遅延を用いて時計搬送効果を扱う：Δτ ≈ −(v·u)/c² dt で、回転に伴って積分する。
• 異なる屈折率を有する二重ケーブル構成（図4）を用い、温度変動によるドリフトをキャンセルし、v cos(θ)信号を分離する。
• 10 MHzのRF信号源とデジタルストレージオシロスコープ（DSO）を用い、時間差Δt = 2v cos(θ)L(n₁²−n₂²)/c²を測定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RF同軸ケーブルにおけるフレネル効果の不在を考慮すれば、時計同期なしに片方向光速測定が可能か？
• RQ2 Spavieri らが主張するように、時計搬送効果が片方向光速異方性信号を完全にキャンセルするのか？
• RQ3 同軸ケーブル内でのフレネル効果の不在が、宇宙空間における地球の絶対運動の検出に十分な条件を満たすか？
• RQ4 現代の単一時計・二重ケーブル技術を用いて、DeWitte 1991年の実験結果を独立に再確認できるか？
• RQ5 観測された時間変動が恒星時と相関しており、優位な慣性系に対する相対運動を示唆するか？

主な発見

• DeWitteの1991年実験は、1.5 kmのRF同軸ケーブルを用いて、地球の運動に相当する約500 km/sの1次異方性を正しく測定した。
• 単一時計を用いた二重ケーブル検出器は、温度変動によるドリフトをキャンセルし、v cos(θ)信号を分離することで高い安定性を達成した。
• 観測された時間変動は恒星時と一致した（観測傾き−3.918分/日、予測値−3.932分/日）、地球が優位な慣性系に対して回転していることを確認した。
• NASAの宇宙探査機の飛行バイパスドップラーシフトデータは、5.06 psの動的レンジを予測しており、20 mケーブル実験の観測結果とよく一致した。
• ミケルソン＝モーリー、ミラー、DeWitte、Cahill、および飛行バイパスの全データが、太陽系速度が約486 km/s、赤経4.3時間、赤緯−75°方向に一致した。
• 同軸ケーブル内でのフレネル効果の不在は、Spavieri らの主張（時計搬送効果が信号をキャンセルする）を無効にし、誤った伝搬モデルを仮定した導出に基づくものであることが判明した。