[논문 리뷰] What and how the Michelson interferometer measures

V.V. Demjanov|arXiv (Cornell University)|2010. 03. 15.

Planetary Science and Exploration참고 문헌 3인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 매질의 굴절률 n > 1에서, 진공이 아닌 곳에서 빛을 운반하는 입자의 운동으로 인해 발생하는 고조파 간섭 무늬 이동을 측정함으로써, 마이클슨 간섭계가 절대 운동을 감지한다고 주장한다. 저자는 실험적으로 진공(n=1)에서는 간섭 무늬 이동이 사라지지만, n>1인 매질에서는 다시 나타남을 보이며, 이를 에테르 내에서 물질 입자의情성 운동으로 기인한다고 설명한다. 또한 지구의 절대 속도를 140–480 km/s로 측정하였으며, 이는 역사적으로 마이클슨 실험을 '부정적'으로 해석한 것에 도전하는 것이다.

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

연구 동기 및 목표

• 마이클슨 유형 실험의 장기적인 오해를 해결하고자 하며, 관찰된 간섭 무늬 이동에도 불구하고 실험 결과가 '부정적'으로 간주된 이유를 밝히기 위함.
• 역사적 실험에서 에테르 풍을 감지하지 못하게 한 방법론적 및 해석적 오류를 특정하고 제거하기 위함.
• 실험적으로 간섭 무늬 이동이 굴절률 n > 1인 매질에서만 발생하고 진공에서는 발생하지 않음을 입증하며, 이는 빛을 운반하는 입자의 운동과 관련이 있음을 보여주기 위함.
• 광학 매질 내에서 간섭계 결과를 설명하기 위한 상대론적, 로렌츠 불변 프레임워크를 제공함으로써 고전적 속도 합성 가정을 수정하기 위함.
• 마이클슨 간섭계가 노이즈와 오염 간섭 효과를 최소화하도록 설계된 경우, 에테르에 대한 관성 기준체의 절대 운동을 신뢰성 있게 감지할 수 있음을 입증하기 위함.

제안 방법

• 1968–1974년 동안 굴절률 1 < n < 1.8인 매질(액체 및 고체 포함)에서 마이클슨 간섭계를 이용해 간섭 무늬 이동을 노이즈로부터 분리하기 위한 실험 수행.
• 자체 제작 카메라와 18cm 키네스코프를 사용하여 간섭 무늬 폭 90 mm(X₀)를 시각화함으로써 고대비 감지가 가능하도록 함.
• 고전적 속도 합성 법칙을 수정하기 위해, n > 1인 운동하는 매질 내에서 빛의 전파를 기술하는 데 로렌츠 불변 원리를 기반으로 한 새로운 상대론적 해석 적용.
• 노이즈 수준(Xₙₛ) 대비 간섭 무늬 대trast 및 이동 폭(Xₘ)을 분석하여 진정된 신호와 잡음 간의 구분을 시도함.
• 식 (3)을 사용하여 고전적 모델에 대체로 관측된 간섭 무늬 이동에서 직접적으로 에테르 풍 속도를 계산함.
• 산산이 흩어지는 산란, 표면 반사, 소산에 의한 흐림 등의 노이즈 원천을 체계적으로 제거하여 신호의 정밀도 향상.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 역사적 마이클슨 유형 실험은 간섭 무늬 이동을 관찰했음에도 불구하고 왜 에테르 풍을 감지하지 못했는가?
• RQ2 마이클슨 간섭계가 고조파 간섭 무늬 이동을 감지하는 진정한 물리적 조건은 진공인가, 매질인가?
• RQ3 관측된 간섭 무늬 이동을 고전적 속도 덧셈이 아닌 상대론적 원리로 일관되게 해석할 수 있는가?
• RQ4 실험 설계 및 데이터 해석에서 발생한 방법론적 오류는 왜 오랫동안 마이클슨 실험이 '부정적'이라고 여겨지게 했는가?
• RQ5 마이클슨 간섭계는 에테르에 대한 관성 기준체의 절대 운동을 감지할 수 있도록 충분히 민감하게 만들 수 있는가?

주요 결과

• 진공(n=1)에서는 간섭 무늬 이동이 사라지며, 간섭계가 절대 운동을 감지하는 것은 굴절률 n > 1인 매질에서만 가능함을 확인함.
• 오브니닌스크(56°N)에서 측정된 지구의 절대 속도의 수평 성분은 시간대와 관계없이 140에서 480 km/s 사이로 변동함.
• 관측된 최대 에테르 풍 속도는 약 480 km/s였으며, 태양 주위 및 은하수 중심으로의 지구의 알려진 천체 운동과 일치함.
• 간섭계는 빛을 운반하는 입자가 존재하고 그것이 움직일 때에만 절대 운동을 감지하며, 진공에서 빛이 전파될 땐 감지하지 못함.
• 1968–1974년에 처음으로 적용된 상대론적, 로렌츠 불변 모델의 사용은 고전적 오해를 수정하고 간섭 무늬 이동의 기원을 설명함.
• 산란, 반사, 소산에 의한 오염 간섭 및 노이즈는 측정 가능한 수준 이하로 감소시킬 수 있으며, 이는 진정된 간섭 무늬 이동의 신뢰성 있는 감지 가능성을 보장함.