[论文解读] Resolving Spacecraft Earth-Flyby Anomalies with Measured Light Speed Anisotropy

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|Mar 31, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 13被引用 7

一句话总结

本文通过将航天器地球飞越异常归因于相对于动态三维空间的光速各向异性，而非新物理，解决了未解的航天器地球飞越异常。通过修正多普勒频移分析以考虑先前在11项实验中检测到的光速各向异性，这些异常消失，取而代之的是恒定的速度和三维空间湍流的证据，即一种新的亚毫赫兹引力波形式。

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.

研究动机与目标

• 解决伽利略、NEAR、卡西尼、罗塞塔和信使号等航天器地球飞越中持续存在的未解释多普勒频移异常。
• 挑战多普勒频移分析中光速不变的假设，该假设导致了表观异常。
• 证明这些异常源于基于爱因斯坦时空形式主义的错误多普勒-速度关系。
• 表明这些异常实际上是相对于动态三维空间的光速各向异性的直接证据，与先前的实验室实验一致。
• 提出可利用飞越数据表征一种新的引力波形式——三维空间湍流，该形式此前已通过其他方法检测到。

提出的方法

• 使用考虑相对于动态三维空间的光速各向异性的修正多普勒公式，重新解释航天器飞越的多普勒频移数据。
• 应用经修正的关系式（公式1）替代标准的基于爱因斯坦形式主义的公式（公式2），后者假设所有参考系中光速各向同性。
• 将先前实验测得的三维空间速度（约420 km/s）——如气体模式迈克耳孫干涉仪、同轴电缆射频速度测量和光纤干涉仪——作为输入，以解决飞越异常。
• 分析飞越的渐近双曲轨迹数据，检测三维空间速度的波动，表明存在亚毫赫兹引力波活动。
• 将飞越结果与实验室中光速各向异性的测量结果进行比较，以验证不同独立技术之间的一致性。
• 建议使用经修正的多普勒公式重新分析先驱10/11号探测器的数据，以评估异常加速度是否为错误速度推断的产物。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在地球飞越期间，航天器多普勒频移测量显示的渐近速度与预测不一致？
• RQ2 观测到的飞越异常是真实的物理效应，还是错误多普勒频移解释的产物？
• RQ3 飞越数据能否用于测量光速的各向异性，且与先前的实验室实验一致？
• RQ4 飞越提供了哪些证据证明动态三维空间及其相关湍流的存在？
• RQ5 是否可以通过重新评估光速不变的基本假设，而无需引入新力，来解释飞越异常？

主要发现

• 通过修正多普勒频移-速度关系以考虑相对于动态三维空间的光速各向异性，地球飞越异常得以解决，无需引入新力。
• 飞越数据暗示三维空间速度约为420 km/s，与先前实验室测量的光速各向异性结果一致。
• NEAR飞越要求三维空间速度至少为440 km/s，表明三维空间速度存在局部波动，而其他飞越与平均420 km/s一致。
• 数据揭示了三维空间中亚毫赫兹引力波样湍流，与迈克耳孫-莫雷、米勒、托尔-科伦及卡希尔实验的检测结果一致。
• 先驱10/11号探测器的异常加速度（8.74×10⁻⁸ cm/s²）可能源于同一错误多普勒公式的错误速度推断，尽管修正不足以完全解释该异常。
• 飞越充当了三维空间波湍流的天然探测器，为表征引力波提供了一种不同于广义相对论预测的新方法。