[论文解读] The Michelson and Morley 1887 Experiment and the Discovery of Absolute Motion

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|Aug 24, 2005

Relativity and Gravitational Theory参考文献 9被引用 43

一句话总结

本文主张，1887年迈克耳孫-莫雷實驗實際檢測到穿越空間的絕對運動，與主流解釋相反，方法是使用考慮氣體填充干涉儀中光傳播的後相對論效應理論重新分析其數據。關鍵結果為實驗揭示的運動速度超過300 km/s，表明存在絕對運動且牛頓物理失效，六項後續實驗驗證了此檢測結果。

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.

研究动机与目标

• 使用基於現代相對論效應的理論重新評估1887年邁克耳孫-莫雷實驗數據，以校準干涉儀。
• 證明原始數據中存在與絕對運動一致的可檢測條紋位移，與教科書所聲稱的零結果相反。
• 表明真空模式的邁克耳孫干涉儀對絕對運動不敏感，因其缺乏氣體，因此無法用於檢測此類運動。
• 確立絕對運動是長度收縮與時間膨脹等相對論效應的根本原因，與洛倫茲詮釋一致。
• 主張愛因斯坦的時空本體論與實驗證據不相容，應由可物理觀測的時空分層結構（三維空間與時間）取代。

提出的方法

• 使用後相對論效應理論重新分析1887年邁克耳孫-莫雷實驗數據，該理論模擬氣體填充干涉儀中的光傳播，並校正介質的折射率。
• 應用菲茨傑拉德-洛倫茲收縮模型，計算光在三維空間中以速度v運動時，沿正交干涉儀臂的光行時間差異。
• 使用方程式 Δt = (n²−1)L v² / c³ + O(v⁴/c⁴) 衍生條紋位移差異，顯示該效應與 (v/c)² 成正比，僅在氣體模式下可檢測。
• 在更一般的分析中應用菲涅爾拖曳效應，以精煉時間差公式，導出 Δt = k² L vₚ² / c³ cos(2(θ−ψ))，該公式考慮了絕對運動的方向依賴性。
• 將1887年實驗結果與後續實驗比較，包括Jaseja（氣體中的微波激射）、DeWitte（同軸射頻電纜）與Torr & Kolen（氮氣填充電纜）的實驗，所有實驗均顯示一致的絕對運動參數。
• 分析條紋位移與單程射頻傳播時間的恆星時依賴性，確認檢測到的運動與米勒方向一致，且與恆星時而非太陽時同步。

实验结果

研究问题

• RQ1 1887年邁克耳孫-莫雷實驗是否實際檢測到絕對運動，儘管被解釋為零結果？
• RQ2 為何現代真空模式邁克耳孫干涉儀實驗無法檢測絕對運動，氣體在檢測中扮演何種角色？
• RQ3 後相對論效應理論在干涉儀運作中的差異，與邁克耳孫與莫雷所使用的牛頓校準有何不同？
• RQ4 觀察到的相對論效應（如時間膨脹與長度收縮）能否由穿越空間亞結構的絕對運動解釋，而非時空幾何？
• RQ5 洛倫茲對稱性是否與絕對運動共存？這對愛因斯坦的時空本體論有何含義？

主要发现

• 使用後相對論效應理論重新分析後，1887年邁克耳孫-莫雷實驗檢測到的運動速度超過300 km/s，與原始零結果解釋相反。
• 原始數據顯示由旋轉引起的條紋位移與絕對運動一致，但被邁克耳孫與莫雷拒絕，因速度（8 km/s）低於地球軌道速度（30 km/s），而非實驗誤差所致。
• 氣體填充的干涉儀因介質的折射率而能檢測絕對運動，而真空模式干涉儀則不能，因此對此類運動不敏感。
• 六項後續實驗（包括Jaseja、DeWitte與Torr & Kolen）獨立檢測到絕對運動，參數一致，包括赤經約10h與赤緯30°。
• 條紋位移與單程射頻傳播時間的恆星時依賴性確認，檢測到的運動與空間靜止參考系相關，而非地球自轉或公轉。
• 證據支持洛倫茲詮釋的相對論，即絕對運動導致相對論效應，而時空僅為編碼這些效應的數學構造，而非物理實體。