[論文レビュー] What and how the Michelson interferometer measures

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

Planetary Science and Exploration参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、屈折率 n > 1 の媒体を通じて光を伝える粒子の運動によって引き起こされる高調波縞のずれを測定することにより、ミケルソン干渉計が真空中ではなく、n > 1 の媒体を通じて絶対運動を検出すると主張している。著者は実験的に、真空中（n=1）では縞のずれが消失するが、n>1 の媒体では再び現れることを示し、そのずれをエーテル内での物質粒子の慣性的運動に起因すると説明している。また、地球の絶対速度を 140–480 km/s と測定し、ミケルソン実験が「否定的」と解釈された歴史的解釈に反するものであると報告している。

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

研究の動機と目的

• ミケルソン型実験が観測された縞のずれにもかかわらず、長年にわたり『否定的』と誤解されてきた問題を解消すること。
• 歴史的実験でアーティファクトが検出を妨げた方法論的および解釈的誤りを特定し、排除すること。
• 実験的に縞のずれが n > 1 の媒体でのみ発生し、真空中では発生しないこと、およびそのずれが光を運ぶ粒子の運動に起因することを示すこと。
• 古典的速度合成則の誤用を是正するため、相対論的かつローレンツ不変な枠組みを用いて光学的媒体内での干渉計結果を解釈するフレームワークを提供すること。
• ノイズと誤った干渉効果を最小限に抑えた設計を施したミケルソン干渉計が、エーテルに対する慣性系の絶対運動を信頼性を持って検出可能であることを証明すること。

提案手法

• 1968–1974年の実験において、屈折率が 1 < n < 1.8 の媒体（液体および固体を含む）を用いたミケルソン干渉計を用い、ノイズから縞のずれを分離すること。
• 自作のカメラと18 cmのキネスコープを用いて、縞幅が90 mm（X₀）である干渉縞を可視化し、高コントラスト検出を可能にした。
• 光の伝播をn > 1の移動する媒体で記述するため、ローレンツ不変原理に基づく新しい相対論的解釈を適用し、古典的速度合成則の誤りを是正した。
• ノイズレベル（Xₙₛ）に対する干渉縞のコントラストおよびずれ振幅（Xₘ）を分析し、真正の信号とアーティファクトを区別した。
• 式（3）を用いて、古くは使われなくなった古典的モデルに代わり、観測された縞のずれから直接的にエーテル風の速度を計算した。
• ビームスプリッターでの散乱、界面での反射、散乱によるぼやけなど、ノイズ源を体系的に排除することで、信号の忠実性を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ歴史的ミケルソン型実験は、縞のずれを観測していたにもかかわらず、エーテル風を検出できなかったのか？
• RQ2 ミケルソン干渉計が高調波縞のずれを検出する真の物理的条件は、真空中か、物質的媒体か？
• RQ3 観測された縞のずれを、古典的速度加法則ではなく、相対論的原則に基づいて一貫して解釈する方法は何か？
• RQ4 実験的設計およびデータ解釈におけるどのような方法論的誤りが、ミケルソン実験が『否定的』であるという永続的な誤解を生んだのか？
• RQ5 ミケルソン干渉計を、慣性系のエーテルに対する絶対運動を検出できるほど感度を高めることは可能か？

主な発見

• 真空中（n=1）では縞のずれが消失し、干渉計が n > 1 の媒体でのみ運動を測定することを確認した。エーテル単体では測定しない。
• オブニンスク（北緯56°）における地球の絶対速度の水平成分は、1日中の時間帯によって140～480 km/sの範囲に変動した。
• 観測された最大のエーテル風速度は約480 km/sであり、太陽の周りの地球の運動および銀河中心の運動と整合的であった。
• 干渉計は、光を運ぶ粒子が存在し、それらが運動している場合にのみ、絶対運動を検出できる。真空中で光が伝播する場合では検出できない。
• 1968–1974年に初めて適用された相対論的かつローレンツ不変なモデルの使用により、古典的誤解が是正され、縞のずれの起源が説明された。
• ビームスプリッターでの散乱、反射、散乱によるぼやけなど、誤った干渉やノイズは、測定可能なレベル以下にまで低減可能であり、真正の縞のずれの信頼性ある検出が可能となった。