[论文解读] What and how the Michelson interferometer measures

V.V. Demjanov|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2010

Planetary Science and Exploration参考文献 3被引用 5

一句话总结

本文主张，迈克耳遜干涉儀通過測量光載體粒子運動引起的諧波條紋位移，檢測到在折射率 n > 1 的介質中而非真空中之絕對運動。作者實驗證明，在真空中（n=1）條紋位移消失，但在 n>1 的介質中重新出現，並將此位移歸因於以太中物質粒子的慣性運動，報告測得地球的絕對速度為 140–480 km/s，挑戰了歷史對邁克耳遜實驗為「陰性」的解釋。

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

研究动机与目标

• 解決長期以來對邁克耳遜型實驗被誤解為「陰性」的問題，儘管觀察到條紋位移。
• 識別並消除導致歷史實驗中以太風檢測被掩蓋的方法論與解釋性誤差。
• 實驗證明條紋位移僅在折射率 n > 1 的介質中出現，而非在真空中，且與光載體粒子的運動有關。
• 提供一個相對論性、洛倫茲不變的框架，用於解釋光學介質中干涉儀結果，修正經典速度合成假設。
• 證明當設計用於最小化雜訊與偽造干擾效應時，邁克耳遜干涉儀可可靠檢測相對於以太的絕對運動。

提出的方法

• 在 1968–1974 年間，於折射率 1 < n < 1.8 的介質（包括液體與固體）中進行邁克耳遜干涉儀實驗，以隔離條紋位移與雜訊的關係。
• 使用自製相機與 18 cm 電子束管，以 90 mm（X₀）的條紋寬度可視化干涉條紋，實現高對較度檢測。
• 應用基於洛倫茲不變原理的新相對論解釋，描述 n > 1 動態介質中的光傳播，修正經典速度合成規則。
• 分析條紋對較度與位移振幅（Xₘ）相對於雜訊水平（Xₙₛ）的關係，以區分真實信號與偽造信號。
• 使用公式 (3) 直接從觀測到的條紋位移計算以太風速度，取代過時的經典模型。
• 系統性地消除雜訊來源，如分束器的散射、介面反射及耗散引起的模糊，以提升信號保真度。

实验结果

研究问题

• RQ1 為何歷史上的邁克耳遜型實驗即使觀察到條紋位移，仍未能檢測到以太風？
• RQ2 邁克耳遜干涉儀檢測諧波條紋位移的真正物理條件是真空中還是介質中？
• RQ3 如何能以相對論原理一致地解釋觀測到的條紋位移，而非使用經典速度合成？
• RQ4 實驗設計與數據解釋中的哪些方法論錯誤導致人們長期認為邁克耳遜實驗是「陰性」？
• RQ5 能否使邁克耳遜干涉儀足夠敏感，以檢測慣性物體相對於以太的絕對運動？

主要发现

• 在真空中（n=1）條紋位移消失，確認干涉儀僅在 n > 1 的介質中檢測運動，而非僅在以太中。
• 在奧布寧斯克（56°N）測得地球絕對速度的水平投影範圍為 140 至 480 km/s，取決於一天中的時間與夜間。
• 觀測到的最大以太風速度約為 480 km/s，與地球繞太陽及銀河系中心的已知天文運動一致。
• 干涉儀僅在存在且運動的光載體粒子時才檢測絕對運動，而非在真空中傳播光時。
• 首次在 1968–1974 年間應用的相對論性、洛倫茲不變模型，修正了經典誤解，並解釋了條紋位移的來源。
• 由散射、反射及耗散引起的偽造干擾與雜訊可降低至可測量水平以下，從而實現對真實條紋位移的可靠檢測。