[論文レビュー] The Michelson and Morley 1887 Experiment and the Discovery of Absolute Motion

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|Aug 24, 2005

Relativity and Gravitational Theory参考文献 9被引用数 43

ひとこと要約

この論文は、1887年のマイケルソン＝モーリー実験が、主流の解釈とは対照的に、気体で満たされた干渉計における光の伝播を考慮した相対論的効果後の理論を用いて再分析することで、空間を通過する絶対運動を実際に検出していたと主張している。主な結果として、実験は300 km/sを超える速度の運動を明らかにした。これは絶対運動とニュートン力学の破綻を示しており、その後の6つの実験がこの検出を確認している。

ABSTRACT

Physics textbooks assert that in the famous interferometer 1887 experiment to detect absolute motion Michelson and Morley saw no rotation-induced fringe shifts - the signature of absolute motion; it was a null experiment. However this is incorrect. Their published data revealed to them the expected fringe shifts, but that data gave a speed of some 8km/s using a Newtonian theory for the calibration of the interferometer, and so was rejected by them solely because it was less than the 30km/s orbital speed of the earth. A 2002 post relativistic-effects analysis for the operation of the device however gives a different calibration leading to a speed >300km/s. So this experiment detected both absolute motion and the breakdown of Newtonian physics. So far another six experiments have confirmed this first detection of absolute motion in 1887.

研究の動機と目的

• 干渉計キャリブレーションのための現代的な相対論的効果に基づく理論を用いて、1887年のマイケルソン＝モーリー実験のデータを再評価すること。
• 教科書で「ノル結果」とされたが、実際には絶対運動に一致する検出可能な縞ずれがデータに含まれていたことを示すこと。
• 真空中の干渉計は気体が存在しないため絶対運動に感応しないため、そのような運動の検出には不適切であることを示すこと。
• 相対論的効果（長さ収縮や時間の遅れ）の背後にある原因が絶対運動であることを確立し、ローレンツ解釈と整合すること。
• アインシュタインの時空本体論が実験的証拠と整合せず、物理的に観測可能な時空の3次元空間と時間への分割（foliation）に置き換えるべきであることを主張すること。

提案手法

• 気体で満たされた干渉計における光の伝播をモデル化する、相対論的効果後の理論を用いて、1887年のマイケルソン＝モーリーのデータを再分析し、媒質の屈折率を補正する。
• フィッツジェラルド＝ローレンツの収縮モデルを適用し、3次元空間を速度vで移動する干渉計の直交する腕を通過する光の時間差を計算する。
• 式 Δt = (n²−1)L v² / c³ + O(v⁴/c⁴) を用いて縞ずれの差を導出し、この効果が (v/c)² に比例し、気体モードでのみ検出可能であることを示す。
• より一般的な分析においてフレネルの駆動効果を適用し、時間差の式を精緻化し、Δt = k² L vₚ² / c³ cos(2(θ−ψ)) を得る。これにより、絶対運動の方向依存性が反映される。
• 1887年の実験結果と、その後の実験（Jaseja（気体中マスター）、DeWitte（同軸RFケーブル）、Torr & Kolen（窒素で満たされたケーブル））を比較し、すべてが一貫した絶対運動パラメータを示している。
• 縞ずれの自転周期依存性と光の往復時間の変動を分析し、検出された運動が地球の自転や公転ではなく、空間の静止フレームに関連していることを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1887年のマイケルソン＝モーリー実験は、教科書で「ノル結果」とされているが、実際には絶対運動を検出していたのだろうか？
• RQ2 なぜ現代の真空中干渉計実験は絶対運動を検出できないのか？気体の役割は何か？
• RQ3 相対論的効果後の理論による干渉計の動作は、マイケルソンとモーリーが用いたニュートン的キャリブレーションとどのように異なるのか？
• RQ4 時間の遅れや長さ収縮といった観察された相対論的効果は、時空幾何学ではなく、空間の下位構造を通過する絶対運動によって説明可能だろうか？
• RQ5 ローレンツ対称性は絶対運動の存在と両立可能だろうか？そして、これはアインシュタインの時空本体論に何を意味するのか？

主な発見

• 1887年のマイケルソン＝モーリー実験は、相対論的効果後の理論を用いて再分析した結果、300 km/sを超える速度の運動を検出しており、元の「ノル結果」との解釈とは矛盾する。
• 元のデータには、絶対運動に一致する回転に起因する縞ずれの兆候が含まれていたが、マイケルソンとモーリーは、その速度（8 km/s）が地球の公転速度30 km/s未満であったため、実験的誤差ではなく、これを無視した。
• 気体で満たされた干渉計は媒質の屈折率のおかげで絶対運動を検出できるが、真空中の干渉計はそのような運動に感応しないため、これでは検出が不可能である。
• Jaseja、DeWitte、Torr & Kolenらの6つの後続実験は、それぞれ独立に絶対運動を検出し、右漸近度約10h、赤緯約30°という一貫したパラメータを示した。
• 縞ずれの自転周期依存性と一方通行のRF伝搬時間の変動は、検出された運動が空間の静止フレームに関連していることを確認しており、地球の自転や公転とは無関係である。
• 証拠は、絶対運動が相対論的効果を引き起こすというローレンツ解釈を支持しており、時空は物理的実在ではなく、これらの効果を記述する数学的構造にすぎない。