[논문 리뷰] The Michelson and Morley 1887 Experiment and the Discovery of Absolute Motion

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|2005. 08. 24.

Relativity and Gravitational Theory참고 문헌 9인용 수 43

한 줄 요약

이 논문은 상대성 이론 이후 효과를 고려한 이론을 사용하여 기체로 채워진 간섭계에서의 빛의 전파를 고려해 1887년 마이클슨-몰리 실험의 데이터를 재분석함으로써, 주류 해석과는 반대로 이 실험은 공간을 향한 절대 운동을 실제로 감지했다고 주장한다. 주요 결과는 실험에서 300 km/s를 초과하는 운동 속도가 드러났으며, 이는 절대 운동과 뉴턴 역학의 붕괴를 시사한다. 이후 6개의 실험이 이 감지를 확인했다.

ABSTRACT

Physics textbooks assert that in the famous interferometer 1887 experiment to detect absolute motion Michelson and Morley saw no rotation-induced fringe shifts - the signature of absolute motion; it was a null experiment. However this is incorrect. Their published data revealed to them the expected fringe shifts, but that data gave a speed of some 8km/s using a Newtonian theory for the calibration of the interferometer, and so was rejected by them solely because it was less than the 30km/s orbital speed of the earth. A 2002 post relativistic-effects analysis for the operation of the device however gives a different calibration leading to a speed >300km/s. So this experiment detected both absolute motion and the breakdown of Newtonian physics. So far another six experiments have confirmed this first detection of absolute motion in 1887.

연구 동기 및 목표

• 간섭계 캘리브레이션을 위한 현대적 상대성 이론 효과 기반 이론을 사용하여 1887년 마이클슨-몰리 실험 데이터를 재평가하는 것.
• 원래 데이터가 교과서에서 주장하는 영 결과와는 반대로 절대 운동과 일치하는 검출 가능한 프린지 이동을 포함하고 있음을 보여주는 것.
• 진공 모드 마이클슨 간섭계는 기체가 없기 때문에 절대 운동에 민감하지 않으며, 그러한 운동을 감지하는 데 사용될 수 없다는 것을 보여주는 것.
• 절대 운동이 상대성 효과인 길이 수축과 시간 지연의 근본 원인임을 보여주며, 로렌츠 해석과 일치하는 것.
• 아인슈타인의 시공간 철학이 실험적 증거와 호환되지 않으며, 시공간을 3차원 공간과 시간으로 나누는 물리적으로 관측 가능한 분할로 대체해야 한다는 주장

제안 방법

• 기체로 채워진 간섭계에서의 빛 전파를 모델링하는 상대성 이론 이후 효과 이론을 사용하여 1887년 마이클슨-몰리 실험 데이터를 재분석하고, 매질의 굴절률을 보정하는 것.
• 필립스-로렌츠 수축 모델을 적용하여 3차원 공간을 속도 v로 이동할 때 간섭계의 수직 방향 팔을 따라 빛의 도달 시간 차이를 계산하는 것.
• Δt = (n²−1)L v² / c³ + O(v⁴/c⁴) 식을 사용하여 프린지 이동 차이를 유도함으로써, 이 효과가 (v/c)² 비례이며 기체 모드에서만 검출 가능하다는 것을 보여주는 것.
• 더 일반적인 분석에서 프레넬의 드래그 효과를 적용하여 시간 차이 공식을 정밀화하고, Δt = k² L vₚ² / c³ cos(2(θ−ψ)) 를 도출함으로써 절대 운동의 방향성 의존성을 반영하는 것.
• 1887년 실험 결과를 후속 실험들과 비교함으로써, 제이사자 등(마이크로파를 사용한 기체 내 마이크로파), 데위트(공축 RF 케이블), 토르 및 코렌(질소로 채운 케이블)의 실험들 역시 일관된 절대 운동 파rameter를 독립적으로 감지함을 보여주는 것.
• 프린지 이동의 천구적 시간 의존성과 일방 통행 RF 전파 시간 변화를 분석하여, 감지된 운동이 지구의 자전이나 궤도가 아니라 공간의 정지 프레임과 연결되어 있음을 확인하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1887년 마이클슨-몰리 실험이 영 결과로 해석되었음에도 불구하고 실제로 절대 운동을 감지했는가?
• RQ2 왜 현대의 진공 모드 마이클슨 간섭계 실험들은 절대 운동을 감지하지 못하며, 기체는 이러한 감지를 가능하게 하는가?
• RQ3 간섭계 작동을 위한 상대성 이론 이후 효과 이론은 마이클슨과 몰리가 사용한 뉴턴적 캘리브레이션과 어떻게 다를까?
• RQ4 시간 지연과 길이 수축 등의 관측된 상대성 효과를 시공간 기하학이 아닌, 공간의 하위 기구를 향한 절대 운동으로 설명할 수 있는가?
• RQ5 로렌츠 대칭은 절대 운동의 존재와 호환되는가? 그리고 이는 아인슈타인의 시공간 철학에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 1887년 마이클슨-몰리 실험은 상대성 이론 이후 효과 이론을 사용하여 재분석한 결과, 원래의 영 결과 해석과는 반대로 300 km/s를 초과하는 운동 속도를 감지한 것으로 나타났다.
• 원래 데이터는 절대 운동과 일치하는 회전 유도 프린지 이동을 보였지만, 마이클슨과 몰리는 속도가 8 km/s로 지구의 궤도 속도 30 km/s 이하였기 때문에 실험 오차가 아닌 이유로 기각했다.
• 기체로 채워진 간섭계는 매질의 굴절률 덕분에 절대 운동을 감지할 수 있지만, 진공 모드 간섭계는 감지할 수 없으며, 그러한 운동에 민감하지 않다.
• 제이사자, 데위트, 토르 및 코렌의 실험을 포함한 6개의 후속 실험은 일관된 파rameter를 독립적으로 감지하였으며, 이는 약 10h의 right ascension과 30°의 declination을 포함한다.
• 프린지 이동의 천구적 시간 의존성과 일방 통행 RF 전파 시간 변화는 감지된 운동이 지구의 자전이나 궤도가 아니라 공간의 정지 프레임과 연결되어 있음을 확인한다.
• 증거는 절대 운동이 상대성 효과를 유도하며, 시공간이 이러한 효과를 기록하는 수학적 구조일 뿐 물리적 현실이 아니라는 로렌츠 해석을 지지한다.