[논문 리뷰] Resolving Spacecraft Earth-Flyby Anomalies with Measured Light Speed Anisotropy

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|2008. 03. 31.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 13인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 새로운 물리법칙이 아니라, 동적 3차원 공간에 대한 빛의 속도 이방성에 기인한 비정상적인 행성 근처 우주선 비행 이격 현상을 해결한다. 이전에 11개의 실험에서 확인된 빛의 속도 이방성에 기반한 수정된 도플러 이론을 적용함으로써, 이 anomalies는 사라지며, 이는 3차원 공간의 난류, 즉 새로운 형태의 초저주파수 중력파임을 시사한다.

ABSTRACT

Doppler shift observations of spacecraft, such as Galileo, NEAR, Cassini, Rosetta and MESSENGER in earth flybys, have all revealed unexplained speed `anomalies' - that the doppler-shift determined speeds are inconsistent with expected speeds. Here it is shown that these speed anomalies are not real and are actually the result of using an incorrect relationship between the observed doppler shift and the speed of the spacecraft - a relationship based on the assumption that the speed of light is isotropic in all frames, i.e. invariant. Taking account of the repeatedly measured light-speed anisotropy the anomalies are resolved. The Pioneer 10/11 anomalies are discussed, but not resolved. The spacecraft observations demonstrate again that the speed of light is not invariant, and is isotropic only with respect to a dynamical 3-space. The existing doppler shift data also offers a resource to characterise a new form of gravitational waves, the dynamical 3-space turbulence, that has also been detected by other techniques.

연구 동기 및 목표

• 갈릴레오, 네아르, 카시니, 로제타, 메르스너와 같은 우주선의 지구 근처 비행에서 지속적으로 발생하는 설명되지 않은 도플러 이론 이격 현상을 해결하기 위해.
• 이상한 현상의 근본 원인인 도플러 이론 분석에서 빛의 속도 불변성에 대한 가정을 도전하기 위해.
• 이상현상이 아인슈타인의 시공간 이론에 기반한 잘못된 도플러-속도 관계를 사용함으로써 발생한다는 것을 보여주기 위해.
• 이상현상이 오히려 빛의 속도가 동적 3차원 공간에 대해 이방성임을 직접적으로 보여주는 것이며, 이는 이전 실험 결과와 일치한다는 것을 보여주기 위해.
• 비행 데이터를 이용해 새로운 형태의 중력파—즉, 3차원 공간의 난류—를 특성화할 수 있음을 제안하기 위해.

제안 방법

• 도플러 이론 데이터를 수정된 도플러 공식을 사용해 재분석함으로써, 동적 3차원 공간에 대한 빛의 속도 이방성을 고려한다.
• 표준 아인슈타인 기반 공식(식 2)이 모든 참조계에서 빛의 속도가 등방성임을 가정하는 데 반해, 수정된 관계식(식 1)을 적용한다.
• 기존 실험들—예를 들어 기체 모드 마이켈슨 간섭계, 동축 케이블 RF 속도 측정, 광섬유 간섭계—에서 측정된 3차원 공간 속도(~420 km/s)를 입력하여 비행 이격 현상을 해결한다.
• 비행 이격의 渐近적 초원형 궤도 데이터를 분석하여 3차원 공간 속도의 변동성을 검출함으로써, 초저주파수 중력파 활동을 시사한다.
• 비행 이격 결과를 빛의 속도 이방성에 대한 독립적인 실험 결과와 비교함으로써, 다양한 기술 간 일관성을 검증한다.
• 오래된 도플러 공식을 사용한 파이오니어 10/11 데이터의 재분석을 제안하여, 이상한 가속도가 잘못된 속도 추정에 기인한 결과일 가능성 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 지구 근처 비행 중 우주선의 도플러 이론 측정치는 예측과는 다른 비정상적인 점 渐진 속도를 보이는가?
• RQ2 관측된 비행 이격 현상은 실제 물리적 효과일까, 잘못된 도플러 이론 해석에 기인한 오류일까?
• RQ3 비행 데이터를 이용해 이전 실험 결과와 일치하는 빛의 속도 이방성을 측정할 수 있는가?
• RQ4 비행 데이터는 동적 3차원 공간과 그에 수반된 난류 존재에 대해 어떤 증거를 제공하는가?
• RQ5 빛의 속도 불변성이라는 기본 가정을 재고함으로써, 새로운 힘을 도입하지 않고도 비행 이격 현상을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 지구 근처 비행 이격 현상은 동적 3차원 공간에 대한 빛의 속도 이방성을 고려한 도플러-속도 관계 수정을 통해 해결되며, 새로운 힘의 도입이 필요 없어진다.
• 비행 데이터는 약 420 km/s의 3차원 공간 속도를 암시하며, 이는 이전 실험에서 측정된 빛의 속도 이방성과 일치한다.
• 네아르 비행의 경우 최소 440 km/s의 3차원 공간 속도가 필요하며, 이는 지역적 3차원 공간 속도의 변동성을 시사한다. 다른 비행들은 평균 420 km/s와 일치한다.
• 데이터는 마이켈슨-모리, 밀러, 토르-콜렌, 캐힐의 실험에서 검출된 바와 일치하는 초저주파수 중력파 유사 난류를 드러낸다.
• 파이오니어 10/11의 이상한 가속도(8.74×10⁻⁸ cm/s²)는 동일한 잘못된 도플러 공식으로 인한 잘못된 속도 추정에 기인할 수 있으나, 보정만으로는 이 현상을 완전히 설명하기에는 부족하다.
• 비행은 3차원 공간 파동 난류의 천연 탐지기 역할을 하며, 일반 상대성 이론 예측과는 다른 방식으로 중력파를 특성화할 수 있는 새로운 방법을 제공한다.