[論文レビュー] What and how does a Michelson interferometer measure

V.V. Demjanov|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2010

Geophysics and Sensor Technology被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、光が屈折率 n > 1 の媒体を通じて伝播する場合にのみ、ミケルソン干渉計が仮想のエーテルを介した地球の絶対的速度を測定できることを示している。干渉計の光路における気体密度を実験的に制御することで、粒子密度が低下するにつれて縞のずれが消失することを示し、140–480 km/s の範囲で地球の絶対運動を信頼性高く測定可能である。n < 1.8 の媒体における光学実験と整合する相対論的に不変なエーテル風速の補正された式が得られた。

ABSTRACT

Proposed by Maxwell in 1879 detector of aether seems, at a superficial glance, a simple device. For example, Michelson in 1881 thought that he built an instrument that (when you turn it in the horizontal plane) will measure in vacuum (refractive index n=1) the harmonic shift of the interference fringe. In reality the case is much more involved. Not at once it was understood (the misunderstanding lasted about 90 years) that the shift of interference fringe occurs only when the carriers of light contain particles, i.e. have n>1. In 1968-1975 I have demonstrated experimentally that during the pumping of the gas from the zones where the light propagates, i.e. with decreasing the number of particles of the light's carrier, along with the reduction of noise disturbances always necessarily vanishes the harmonic shift of the interference fringe. As soon as the correlation of the observability of the fringe shift with the concentration of particles in the light's carrier has been taken into account, I was able to reliably measure the speed of absolute motion of the Earth as a few hundred km/s. In the sixth version I corrected the slip in formula (21). There is suggested for experimenters the advice how to diminish below the measurable level of the sought-for signal the harmful influence of the noise and false interferences, and for interpreters of measurements of non-zero fringe shift the derivation is given of a relativistically invariant formula of the aether wind speed that agrees with the experiments in optical media with 1<n<1.8. In the publication Phys.Lett.A 374 (2010) 1110 I reported about measuring the horizontal projection of absolute velocity of the Earth at the latitude of Obninsk as 140-480 km/s depending on the time of day and night. This experimental result became possible only owing to that I was able to overcome the above mentioned methodical and interpretational artifacts.

研究の動機と目的

• ミケルソン干渉計が真空中ではなく物質的媒体を通じてのみ縞のずれを検出する理由について、長年の混乱を解消すること。
• 従来の測定手法や解釈の誤りが絶対運動の検出を曇らせてきた問題を解消すること。
• 実験的に縞のずれが光の伝搬媒体の粒子密度に相関することを示すこと。
• 屈折率 n < 1.8 の媒体における光学実験と整合する相対論的に不変なエーテル風速の式を導出すること。
• 今後の絶対運動信号の探索実験において、ノイズや誤った干渉を最小限に抑えるための実用的指針を提供すること。

提案手法

• 光の伝搬路から徐々にガスを抽出することで、ミケルソン干渉計を用いた実験を実施し、粒子密度を低下させる。
• ガス密度が低下するにつれて高調波の縞のずれが消失することを観測し、これが伝搬媒体の屈折率に依存することを確認する。
• 相対論的効果を適切に補正するため、式 (21) の修正版を用いることで、実験データと整合性を保つ。
• ノイズ低減技術を適用し、測定可能な信号の閾値以下の干渉を低減する。
• 観察された光学媒体における縞のずれに基づき、相対論的に不変なエーテル風速の式を導出する。
• 異なる屈折率 (1 < n < 1.8) の範囲で、実験結果と理論的予測を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜミケルソン干渉計は屈折率 n > 1 の媒体を通じて光が伝わる場合にのみ縞のずれを検出できるのか？
• RQ2 実験的誤差やノイズをどのように低減すれば、地球の絶対速度を信頼性高く検出できるのか？
• RQ3 光学媒体において実験観測と整合する正しい相対論的に不変なエーテル風速の式は何か？
• RQ4 光の伝搬媒体内の粒子濃度と縞のずれの可視性との相関が、測定の信頼性にどのように影響するのか？
• RQ5 干渉計技術を用いて、相対論的規約に依存せずに地球の絶対速度を独立に測定できるか？

主な発見

• ガスが干渉計の光路から抽出されるにつれて縞のずれが消失し、これは縞のずれが光の伝搬媒体内に存在する粒子に依存することを確認した。
• 地上のオブニンスクにおける緯度で、地球の絶対速度の水平成分が140–480 km/s として実験的に測定された。この値は1日の中での時間帯によって変動した。
• 長年にわたる干渉計測定における方法論的・解釈的誤りを克服した結果、実験的結果が得られた。
• 式 (21) の修正版が導出され、エーテル風速の相対論的に不変な記述が可能になった。
• 導出されたエーテル風速の式は、屈折率が1から1.8の間の光学媒体における実験データと整合した。
• 本研究は、目標信号の検出閾値以下のノイズや誤った干渉を抑えるための実用的実験的助言を提供した。