발광 에테르

발광 에테르 또는^[1] 에테르('빛을 내는 물질'이라는 뜻)는 ^[2]빛의 전파를 위한 가정된 매체였다.그것은 파도가 할 수 없는 빈 공간(진공)을 통해 전파되는 것으로 보이는 빛의 능력을 설명하기 위해 호출되었다.공간 진공이 아닌 발광 에테르 공간 플레넘의 가정은 빛의 파동 이론에 필요한 이론적 매체를 제공했다.

에테르 가설은 물리적인 물체와의 상호작용이 없는 보이지 않는 무한한 물질의 존재를 요구했기 때문에 그것의 역사를 통해 상당한 논쟁의 주제였다.빛의 성질이 탐구되면서, 특히 19세기에, 에테르에 요구되는 물리적 특성은 점점 더 모순되게 되었다.1800년대 후반에는 에테르를 대체할 물리적인 이론이 없었지만 에테르 존재에 의문이 제기되었다.

미셸슨-몰리 실험(1887)의 부정적인 결과는 에테르가 존재하지 않는다는 것을 암시했고, 1920년대 이후의 실험에서 확인되었다.이것은 에테르 없이 빛의 전파를 설명하기 위한 상당한 이론적 연구로 이어졌다.주요 돌파구는 상대성 이론으로, 이것은 왜 실험이 에테르를 보지 못했는지 설명할 수 있지만, 더 넓게 해석되어 필요하지 않다는 것을 암시했다.미셸슨 몰리 실험은 흑체 방사체와 광전 효과와 함께 현대 물리학 발전의 핵심 실험이었고, 현대 물리학은 상대성 이론과 양자 이론을 모두 포함했고, 후자는 빛의 입자 같은 성질을 설명했습니다.

빛과 에테르의 역사

입자 대 파동

17세기에 로버트 보일은 에테르 가설의 지지자였다.보일에 따르면, 에테르는 미세한 입자로 구성되어 있는데, 한 종류는 진공의 부재와 물체 사이의 기계적 상호작용을 설명하고, 다른 종류는 거시적인 물체의 순수 기계적 상호작용에 기초하여 설명할 수 없는 자기(그리고 아마도 중력)와 같은 현상을 설명한다."고대인의 에테르에는 확산되고 매우 미묘한 물질밖에 눈에 띄지 않았지만, 우리는 현재 공기 중에 항상 기선의 무리가 북극과 남극 사이를 일정한 경로로 이동하는 것을 허용하는 것에 만족하고 있습니다."^[3]

Christiaan Huygens의 빛에 관한 논문 (1690)은 빛이 에테르를 통해 전파되는 파동이라는 가설을 세웠다.그와 아이작 뉴턴은 빛의 파동이 종파이며, 소리와 유체 속의 다른 기계파처럼 전파되는 것으로만 상상할 수 있었다.그러나 세로파는 반드시 하나의 전파 방향에 대해 하나의 형태만 가지며, 가로파와 같은 두 가지 편광은 가지 않는다.따라서, 종파는 빛의 편광 두 개가 결정체에 의해 다르게 굴절되는 복굴절을 설명할 수 없다.게다가, 뉴턴은 그러한 매체가 우주의 모든 곳으로 확장되어야 할 것이기 때문에 빛을 매질 속의 파동으로 거부했고, 따라서 "그 위대한 물체의 움직임을 교란시키고 지연시킬 것" (행성과 혜성) 그래서 "빛의 매질이 아무 소용이 없고, 자연의 작동을 방해하고, 그녀를 나른하게 만들었기 때문에, 증거는 없다.'그 존재 때문에 거절당해야 한다'^{[citation needed]}는 것이다.

아이작 뉴턴은 빛은 수많은 작은 입자로 이루어져 있다고 주장했다.이것은 빛이 직선으로 이동하고 표면에 반사되는 능력과 같은 특징을 설명할 수 있다.뉴턴은 빛 입자를 복굴절을 일으키는 서로 다른 "측면"을 가진 비구면 "구면"으로 상상했다.그러나 빛의 입자 이론은 굴절과 ^{[citation needed]}회절을 만족스럽게 설명할 수 없다.굴절을 설명하기 위해, 뉴턴의 옵틱스 제3권 (1권 1704호, 4권 1730호)은 빛보다 빠르게 진동을 전달하는 "이온 매체"를 가정했는데, 빛이 추월되었을 때 굴절과 회절을 일으킨 "간단한 반사와 쉬운 전달의 적합성"에 들어간다.뉴턴은 이러한 진동이 열복사와 관련이 있다고 믿었다.

따뜻한 방의 열은 공기를 빼낸 후에도 진공에 남아 있던 공기보다 훨씬 더 작은 매질의 진동에 의해 진공으로 전달되지 않습니까?그리고 이 매체는 빛이 굴절되어 반사되는 매체와 동일하며, 누구의 진동광에 의해 열이 신체에 전달되어 쉽게 반사되고 쉽게 ^{[A 1]: 349} 전달되는 매체와 동일하지 않은가?

열복사와 빛은 둘 다 전자파 복사라는 현대의 이해와는 대조적으로 뉴턴은 열과 빛을 두 가지 다른 현상으로 보았다.그는 열 진동이 "빛줄기가 투명한 ^{[A 1]: 348} 물체의 표면에 떨어질 때" 흥분한다고 믿었다.그는 "이 에테르가 뭔지 모르겠다"고 썼다. 하지만 만약 그것이 입자로 구성되어 있다면, 그것들은 틀림없이

공기의 것보다 훨씬 작거나 빛의 것보다 작습니다.그 입자가 지나치게 작다는 것은 그 입자들이 서로 멀어지는 힘의 크기에 기여할 수 있고, 따라서 그 매체를 공기보다 훨씬 더 희귀하고 탄력 있게 만들 수 있으며, 그 결과 발사체의 움직임에 저항할 수 없고, 무거운 물체를 훨씬 더 많이 누를 수 있게 된다.자기 자신을 ^{[A 1]: 352} 확장하려고 노력합니다.

브래들리는 입자를 제안합니다.

1720년, 제임스 브래들리는 1년 중 다른 시기에 별을 측정함으로써 별의 시차를 측정하려는 일련의 실험을 수행했다.지구가 태양 주위를 돌면서, 주어진 먼 지점에 대한 겉보기 각도가 변합니다.이러한 각도를 측정함으로써 태양 주위의 알려진 지구의 궤도 둘레에 기초하여 별까지의 거리를 계산할 수 있습니다.그는 시차를 전혀 감지하지 못했기 때문에 별까지의 거리에 하한선을 뒀다.

이 실험들 동안, 브래들리는 또한 관련된 효과를 발견했다; 별들의 겉으로 보이는 위치는 1년에 걸쳐 바뀌었지만, 기대했던 것은 아니었다.지구가 항성에 대해 궤도의 양 끝에 있을 때 겉으로 보이는 각도가 최대화되는 대신, 그 각도는 지구가 항성에 대해 가장 빠른 측면 속도일 때 최대화 되었다.이 효과는 현재 별의 수차로 알려져 있습니다.

브래들리는 수직 낙하하는 빗방울이 움직이는 물체에 비스듬히 부딪히는 것처럼 수차각은 지구의 궤도 속도와 빛의 소립자 속도의 단순한 벡터 덧셈에 의해 주어졌다는 것을 보여줌으로써 뉴턴의 빛의 입자 이론의 맥락에서 이 효과를 설명했다.지구의 속도와 수차 각도를 알면 그는 빛의 속도를 추정할 수 있었다.

에테르에 기초한 빛의 이론의 맥락에서 별의 수차를 설명하는 것은 더 문제가 있는 것으로 간주되었다.수차는 상대 속도에 의존하고 측정된 속도는 지구의 움직임에 따라 달라지기 때문에, 에테르는 지구가 별을 통과할 때 항성에 대해 정지 상태를 유지해야 했습니다.이것은 지구가 뚜렷한 효과 없이 물리적 매체인 에테르를 통과할 수 있다는 것을 의미했는데, 정확히는 뉴턴이 애초에 파동 모델을 거부하도록 만든 문제였습니다.

파도 이론의 승리

그 빛이 될 수 있다는 가로 파동보다는 종파 지적했다 한세기 뒤, 토마스 Young[를], 오귀스탱 장 프레넬은 횡파(빛의 뉴턴의"면"처럼)의 편광, 회절에 실험은 평가의 일련의 여파로 복굴절을 설명할 수 있는 빛의 파동 이론을 되살렸다.경련뉴턴의 모델은 결국 포기되었다.게다가 물리학자들은 광파는 기계적인 파동과 마찬가지로 전파를 위한 매개체가 필요하다고 가정했고, 따라서 에테르 "가스"가 모든 공간에 침투한다는 Huygens의 생각이 필요했다.

하지만, 횡파는 분명히 전파 매체가 유체와는 반대로 고체처럼 행동하도록 요구했습니다.다른 물질과 상호작용하지 않는 고체에 대한 생각은 약간 이상해 보였고, 오귀스틴 루이 코시는 아마도 일종의 "끌림" 또는 "관념"이 있을 것이라고 제안했지만, 이것은 수차 측정을 이해하기 어렵게 만들었다.그는 또한 세로파가 없다는 것은 에테르에 부압축성이 있음을 시사한다고 말했다.George Green은 그러한 유체가 불안정할 것이라고 지적했다.George Gabriel Stokes는 솔피치처럼 에테르를 팽창시킬 수 있는 모델(느린 속도에서는 유체, 빠른 속도에서는 강체)을 개발하면서 엔터테인먼트 해석의 챔피언이 되었습니다.따라서 지구는 꽤 자유롭게 움직일 수 있지만 빛을 지탱할 수 있을 만큼 단단할 것이다.

전자기학

1856년 빌헬름 에두아르트 베버와 루돌프 콜라우슈는 전하 전자 단위에 대한 정전 단위의 비율 수치를 측정했습니다.그들은 그 비율이 빛의 속도와 2의 제곱근의 곱과 같다는 것을 알아냈다.이듬해, Gustav Kirchhoff는 전선을 따라가는 신호의 속도가 빛의 속도와 같다는 것을 보여주는 논문을 썼다.이것들은 빛의 속도와 전자기 현상 사이의 최초의 기록된 역사적 연결 고리이다.

제임스 클락 맥스웰은 마이클 패러데이의 힘의 선을 연구하기 시작했다.1861년 그의 논문 "힘의 물리적 선에 대하여"에서 그는 부분적으로 에테르로 만들어지고 일부는 평범한 물질로 만들어졌다고 생각되는 분자 소용돌이의 바다를 사용하여 이러한 자기력 선을 모델링했습니다.그는 이 탄성 매체의 횡단 탄성 및 밀도의 관점에서 유전율과 자기 투과성에 대한 식을 도출했다.그 후 그는 자기투과율에 대한 유전율의 비율을 1856년의 웨버와 콜라우슈의 결과에 적절히 적응된 버전과 동일시하고, 이 결과를 소리의 속도에 대한 뉴턴의 방정식으로 대체했다.히폴리트 피조에 의해 측정된 빛의 속도에 가까운 값을 얻었을 때, 맥스웰은 빛은 전기와 자기 ^{[B 1][B 2][B 3][B 4]}현상의 원인이 되는 같은 매질의 파동으로 이루어져 있다고 결론지었다.

그러나 맥스웰은 그의 분자 소용돌이의 정확한 본질을 둘러싼 불확실성을 표현했고 그래서 그는 그 문제에 대해 순전히 역동적인 접근을 하기 시작했다.그는 1864년에 "전자장의 동적 이론"이라는 제목의 또 다른 논문을 썼는데, 이 논문에서 광택 매체의 세부 사항은 덜 ^{[A 2]}명확했다.맥스웰은 분자 소용돌이의 바다를 명시적으로 언급하지 않았지만, 그의 암페르의 회로 법칙의 파생은 1861년 논문에서 따왔고, 그는 플라이휠의 작용에 비유한 전자기장 내의 회전 운동을 포함하는 동적 접근법을 사용했다.기전력 방정식(로렌츠력 방정식의 전신)을 정당화하기 위해 이 접근방식을 사용하여 그는 기전력 방정식과 암페르의 회로 ^{[A 2]}법칙을 포함한 8개의 방정식 집합에서 파동 방정식을 도출했다.맥스웰은 다시 한번 웨버와 콜라우슈의 실험 결과를 사용하여 이 파동 방정식이 빛의 속도로 전파되는 전자파를 나타낸다는 것을 보여주었고, 따라서 빛이 전자기 복사의 한 형태라는 관점을 뒷받침했다.

이러한 헤르츠파를 위한 전파 매체의 명백한 필요성은 직교 전기(E)와 자기(B 또는 H)파로 구성되어 있다는 사실에서 알 수 있다.E파는 기복이 있는 쌍극자 전장으로 구성되며, 그러한 모든 쌍극자는 분리되고 반대되는 전하를 필요로 하는 것으로 보인다.전하가 물질의 불가분의 특성이기 때문에 파동의 전파 경로를 따라 어느 지점에 존재해야 하는 것처럼 보이는 교류 전류를 제공하기 위해 어떤 형태의 물질이 필요했던 것으로 보입니다.진정한 진공상태에서 파동이 전파되는 것은 관련된 전하가 없는 전기장 또는 관련된 물질이 없는 전하가 존재한다는 것을 의미합니다.맥스웰의 방정식과 양립할 수 있지만, 전기장을 검출하는 모든 방법에는 전하를 띤 물질이 필요하기 때문에 진공 상태에서는 전자기 유도를 증명할 수 없었다.

또한 맥스웰 방정식은 진공 상태의 모든 전자파가 일정한 속도로 전파되어야 한다고 요구했습니다. c. 이것은 뉴턴 물리학에서 하나의 기준 프레임에서만 발생할 수 있기 때문에 에테르를 맥스웰 방정식이 유지하는 절대적이고 독특한 기준 프레임으로 가정했습니다.즉, 에테르는 보편적으로 "아직" 있어야 합니다.그렇지 않으면 c는 지지 매체에서 발생할 수 있는 모든 변화에 따라 달라집니다.맥스웰은 휠과 기어에 기초한 에테르 기계 모델을 제안했고, 조지 프란시스 피츠제럴드는 심지어 그 중 하나의 작동 모델을 만들었다.이 모델들은 전자파가 가로 방향은 아니지만 세로 방향은 아니라는 사실에 동의해야 했다.

문제

이쯤 되면 에테르의 기계적 특성은 점점 더 신기해졌습니다. 공간을 메우기 위해서는 유체가 필요했지만, 높은 주파수의 광파를 지탱하기 위해서는 강철보다 수백만 배나 더 강해야 했습니다.그것은 또한 질량이 없고 점성이 없어야 하며, 그렇지 않으면 행성의 궤도에 눈에 띄게 영향을 미칠 것이다.또한 완전히 투명하고, 분산되지 않으며, 압축할 수 없으며,^{[citation needed]} 매우 작은 규모로 연속되어야 했습니다.맥스웰은 브리태니커 ^{[A 3]}백과사전에 다음과 같이 썼다.

이터는 행성들이 헤엄쳐 들어와 전기 대기와 자기 유출물을 구성하고 우리 몸의 한 부분에서 다른 부분으로 감각을 전달하기 위해 발명되었습니다. 모든 공간이 이더로 서너 배 이상 채워질 때까지 말이죠.유일하게 살아남은 에테르는 빛의 전파를 설명하기 위해 호이겐스에 의해 발명되었다.

현대의 과학자들은 그 문제들을 알고 있었지만, 이 시점에서 에테르 이론은 물리 법칙에 너무 깊이 자리 잡고 있어서 단순히 존재하는 것으로 추정되었다.1908년 올리버 로지는 Rayleigh 경을^[5] 대표하여 Royal Institute에서 연설을 했는데, 그는 이 주제에서 Rayleigh 경의 물리적 특성을 개략적으로 설명했고, 그리고 나서 그것이 불가능하지 않은 이유를 제시하려고 시도했다.그럼에도 불구하고, 그는 또한 그 비판을 알고 있었고, 솔즈베리 경의 말을 인용하여 "에테르란 물결치는 동사의 주격에 지나지 않는다"고 말했다.다른 사람들은 레일리가 농담삼아 이 발명품이 실제로는 왕립 ^[6]협회의 발명품이라고 말했지만, "영국의 발명품"이라고 비난했다.

20세기 초, 에테르 이론은 곤경에 처했다.에테르를 통해 지구의 움직임을 감지하기 위해 19세기 후반에 점점 더 복잡한 일련의 실험이 수행되었지만, 그렇게 하지 못했다.제안된 에테르 질질 끄는 이론의 범위는 무효 결과를 설명할 수 있지만, 이것들은 더 복잡했고, 임의적으로 보이는 계수와 물리적 가정을 사용하는 경향이 있었다.로렌츠와 피츠제럴드는 어떻게 절대 에테르의 운동을 검출할 수 없는가에 대한 보다 우아한 해법을 로렌츠 에테르 이론의 틀 안에서 제공했지만, 만약 그들의 방정식이 맞다면, 새로운 특수 상대성 이론(1905)은 에테르를 전혀 언급하지 않고 동일한 수학을 만들어 낼 수 있었다.에테르는 오캄의 ^{[B 1][B 2][B 3][B 4]}면도칼에 넘어갔다.

지구와 에테르 사이의 상대 운동

에테르 항력

지구와 에테르의 상대 운동을 기술하기 위한 두 가지 가장 중요한 모델은 프레넬의 드래그 ^{[A 4]}계수에 의해 결정되는 부분 에테르 드래그를 포함한 (거의) 정지 에테르의 어거스틴-진 프레넬의 (18) 모델과 완전한 에테르 드래그의 조지 가브리엘 스톡스의 (1844)^{[A 5]} 모델이었다.후자의 이론은 빛의 수차와 양립할 수 없었기 때문에 옳다고 여겨지지 않았고, 이 문제를 설명하기 위해 개발된 보조 가설은 설득력이 없었다.또한, Sagnac 효과(1913년)와 같은 후속 실험에서도 이 모델은 옹호할 수 없는 것으로 나타났다.그러나, 프레넬의 이론을 뒷받침하는 가장 중요한 실험은 1851년, 굴절률 n이 속도 v와 함께 움직이는 매체가 c/n에서 같은 방향으로 매체를 통과하는 빛의 속도를 ^{[E 1][E 2]}증가시킨다는 프레넬의 1818년 예측을 실험적으로 확인한 것이다.

즉, 움직임은 매질 속도의 극히 일부만 빛에 더합니다(스넬이 예측한 것은 스넬의 법칙이 별의 수차와 일치하는 모든 기준 프레임에서 작동하도록 하기 위함).이것은 처음에 매체가 매체의 속도의 일부와 함께 에테르를 끌고 간다는 의미로 해석되었지만, 빌헬름 벨트만이 플레넬 공식의 지수 n이 빛의 파장에 의존하여 에테르가 파장에 의존하지 않고 움직일 수 없다는 것을 증명한 후에 그 이해는 매우 문제가 되었다.즉, 무한히 많은 주파수마다 별도의 에테르가 있어야 한다는 거죠

네거티브 에테르 드리프트 실험

프레넬의 에테르 가설의 주요 어려움은 뉴턴 역학과 맥스웰의 전자기학의 잘 확립된 두 이론의 병치로부터 비롯되었다.갈릴레오 변환에서는 뉴턴 역학의 방정식은 불변하지만 전자기학의 방정식은 불변합니다.기본적으로 이것은 물리학이 가속되지 않은 실험에서 동일하게 유지되어야 하지만, 빛은 보편적인 "에테르 프레임"으로 이동하기 때문에 동일한 규칙을 따르지 않을 것이라는 것을 의미합니다.이 차이로 인해 발생하는 일부 효과는 감지될 수 있어야 합니다.

단순한 예로는 에테르를 처음 만든 모델인 사운드에 관한 것입니다.기계적 파동의 전파 속도, 소리의 속도는 매체의 기계적 특성에 의해 정의됩니다.소리는 공기 중에서보다 물 속에서 4.3배 더 빨리 이동합니다.이것은 왜 물속에서 폭발음이 들리고 빠르게 수면 위로 떠오른 사람이 더 느린 이동음이 공기를 통해 도착하기 때문에 그것을 다시 들을 수 있는지를 설명해준다.마찬가지로, 여객기 여행자는 여전히 다른 여행자와 대화를 계속할 수 있다. 왜냐하면 말소리는 항공기 내부의 공기와 함께 이동하기 때문이다.이 효과는 모든 뉴턴 역학에서 기본인데, 이것은 소리에서 던져진 야구공의 궤적에 이르기까지 모든 것이 마치 아직도 땅 위에 앉아 있는 것처럼 (적어도 일정한 속도로) 나는 비행기에서 동일하게 유지되어야 한다고 말한다.이것은 갈릴레오 변환의 기초이며 기준 프레임의 개념입니다.

맥스웰의 수학은 빛의 전파를 위해 하나의 보편적인 속도를 요구했기 때문에 빛에 대해서도 마찬가지라고 생각되지 않았습니다. 국지적인 조건이 아니라 두 가지 측정된 특성, 즉 우주 전체에서 같은 것으로 가정된 자유 공간의 유전율과 투과성을 기반으로 합니다.만약 이 숫자들이 변했다면, 하늘에 현저한 영향이 있을 것입니다. 예를 들어,^{[verification needed]} 다른 방향의 별들은 다른 색을 띠게 될 것입니다.

따라서 "에테르에 상대적인 정지 상태"의 특별한 좌표계가 어느 지점에나 존재해야 한다.맥스웰은 1870년대 후반에 이 에테르에 대한 상대적인 움직임을 감지하는 것은 충분히 쉬워야 한다고 언급했는데, 지구의 움직임에 따라 이동하는 빛과 뒤로 이동하는 빛은 서로 움직이지 않는 에테르에 대항해 움직이기 때문에 속도가 다를 수 있다.에테르에 전체적인 보편적 흐름이 있더라도 주간/야간 주기 또는 계절에 걸쳐 위치 변화를 통해 드리프트를 검출할 수 있습니다.

일차 실험

프레넬에 따르면 에테르가 거의 정지해 있지만, 그의 이론은 프레넬의 드래그 계수가 v$/c$에서$$2차까지만 에테르 드리프트 실험의 긍정적인 결과를 예측한다. 왜냐하면 프레넬의 드래그 계수는 v$/$${\displaystyle c}$에서 1차까지 효과를 측정할 수 있는 모든 광학 실험의 부정적인 결과를 야기하기 때문이다.$\displaystyle$ v$/c$ 이는 다음 1차 실험에서 확인되었으며 모두 음의 결과를 얻었습니다.다음 목록은 Wilhelm Wien(1898)에 대한 설명을 기반으로 하며, Edmund Taylor Whittaker(1910)와 Jakob Laub(1910)^{[B 5][B 1][B 6]}에 대한 설명에 따라 변경 및 추가 실험을 수행한 것입니다.

• 굴절, 즉 빛의 수차가 지구의 움직임에 의해 영향을 받는지를 확인하기 위한 프랑수아 아라고(1810)의 실험.비슷한 실험들이 물로 채워진 망원경으로 조지 비델 에어리와 에뤼테르 마스카르에 의해 수행되었다.^{[E 3][E 4][E 5]}
• 유리 기둥을 통한 편광면의 회전이 지구의 움직임에 의해 변화하는지 여부를 알아내는 피조(1860)의 실험.그는 긍정적인 결과를 얻었지만 로렌츠는 그 결과가 모순되었다는 것을 보여줄 수 있었다.드윗 브리스톨 브레이스(1905)와 스트레이서(1907)는 정확도가 향상되어 실험을 반복했고 부정적인 ^{[E 6][E 7][E 8]}결과를 얻었다.
• 마틴 훅(1868)의 실험.이 실험은 피조 실험(1851)의 보다 정밀한 변형입니다.두 개의 광선이 반대 방향으로 보내졌다. 하나는 휴식수로 채워진 길을 가로지르고, 다른 하나는 공기를 통과하는 길을 따라 간다.플레넬의 드래그 계수에 일치하여, 그는 부정적인 ^{[E 9]}결과를 얻었다.
• Wilhelm Klinkerfues(1870)의 실험은 나트륨 흡수선에 대한 지구의 운동의 영향이 존재하는지 조사했다.그는 양성 결과를 얻었지만, Haga(1901)의 실험 반복으로 음의 결과가 ^{[E 10][E 11]}나왔기 때문에 이것은 실험 오차임이 밝혀졌다.
• 케텔러(1872)의 실험. 간섭계의 두 광선이 서로 기울어진 두 개의 물로 채워진 관을 통해 반대 방향으로 보내졌다.간섭 테두리 변경은 발생하지 않았습니다.나중에, 마스카트(1872)는 칼사이트에서 편광의 간섭 테두리도 영향을 받지 않는다는 것을 보여주었다.^{[E 12][E 13]}
• Eleuthere Mascart(1872)의 석영 편광면의 회전 변화를 찾기 위한 실험.광선이 지구의 운동 방향과 반대 방향을 가지고 있을 때는 회전의 변화가 발견되지 않았다.Rayleigh 경은 비슷한 실험을 더 정확하게 수행했고,^{[E 5][E 13][E 14]} 음성 결과도 얻었다.

이러한 광학 실험 외에 전기역학 1차 실험도 실시되었으며, 이는 긍정적인 결과로 이어졌을 것이라고 프레넬은 말했다.그러나 헨드릭 앙투아온 로렌츠(1895)는 프레넬의 이론을 수정했고, 이러한 실험들은 정지 에테르로도 ^{[A 6]}설명될 수 있다는 것을 보여주었다.

• 빌헬름 뢴트겐(1888)의 실험으로 충전된 응축기가 지구의 운동으로 ^{[E 15]}인해 자기력을 발생시키는지 여부를 알아냈다.
• 두 개의 와이어가 세 번째 와이어에 굴리는 유도 효과가 지구의 운동 방향에 영향을 받는지를 알아내기 위한 테오도르 데 쿠드레스(1889)의 실험.로렌츠는 이 효과가 ^{[E 16]}도체의 정전하(지구 운동에 의해 생성됨)에 의해 1차적으로 취소된다는 것을 보여주었다.
• 쾨니히스버거의 실험(1905)콘덴서의 플레이트는 강한 전자석 영역에 위치합니다.지구의 움직임으로 인해 플레이트가 충전되어 있어야 합니다.그러한 효과는 ^{[E 17]}관찰되지 않았다.
• 프레드릭 토마스 트라우턴(1902)의 실험.응축기가 지구의 운동과 평행하게 이동했고, 응축기가 충전될 때 운동량이 발생하는 것으로 가정했다.부정적인 결과는 로렌츠 이론에 의해 설명될 수 있는데, 로렌츠 이론에 따르면 지구의 운동으로 인한 운동량을 전자기 운동량이 보상한다.로렌츠는 또한 그러한 ^{[E 18]}효과를 관찰하기에는 장치의 감도가 너무 낮다는 것을 보여줄 수 있었다.

이차 실험

1차 실험은 수정된 고정 에테르로 설명할 수 있지만, 보다 정확한 2차 실험은 긍정적인 결과를 가져올 것으로 기대되었다.그러나 이러한 결과는 발견되지 않았다.

유명한 Michelson-Morley 실험은 다른 방향으로 보내진 후 소스 빛과 그 자체를 비교했고, 매우 높은 정확도로 측정할 수 있는 방식으로 위상 변화를 찾아냈다.이 실험에서 그들의 목표는 에테르를 ^{[E 19][E 20]}통해 지구의 속도를 측정하는 것이었다.1887년, 무효 결과인 그들의 결과가 발표된 것은 에테르 가설에 뭔가 심각하게 잘못되었다는 것을 처음으로 명확하게 증명한편 1881년 Michelson의 첫 번째 실험은 완전히 결정적인 것은 아니었다.이 경우, MM 실험은 작은 속도에 해당하는 프린지의 주름 패턴의 변화를 산출했다.그러나, 이는 지구의 (계절적으로 변화하는) 속도 때문에 예상되는 에테르 바람 효과와 양립할 수 없었고, 오차는 실제로 값이 0이었을 정도로 작았다.따라서 귀무 가설, 즉 에테르 바람이 없다는 가설은 기각될 수 없었다.더 현대적인 실험으로 인해 가능한 값은 0에 매우 가까운 수치인⁻¹⁷ 약 10으로 감소했습니다.

지구 표면의 광학 현상을 관찰함으로써 태양계의 운동에 대한 문제를 해결하려고 시도하는 것은 가망이 없다는 것은 지금까지의 일로 보아 명백하다.

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유사하지만 점점 더 정교한 장치를 사용한 일련의 실험에서도 모두 무효 결과가 나왔다.에테르 운동 검출을 시도한 개념적으로 다른 실험은 트라우톤-노블 실험(1903)^{[E 21]}과 다양한 매체에서 이중 굴절을 검출하기 위한 레일리와 브레이스 실험(1902, 1904)^{[E 22][E 23]}이다.그러나 이들 모두는 이전에 MM(Michelson-Morley)이 그랬던 것처럼 무효 결과를 얻었다.

이러한 "에테르 바람" 실험은 에테르 가설을 포기할 가능성을 고려했던 에밀 콘이나 알프레드 부체러와 같은 소수의 과학자들만이 에테르 가설을 "살리기" 위한 노력을 이끌어냈다.특히 관심사는 "에테르 교란" 또는 "에테르 항력"의 가능성이었다. 이는 측정의 크기를 낮출 수 있으며, 아마도 미셸슨-몰리 실험의 결과를 설명하기에 충분할 것이다.그러나 앞서 기술한 바와 같이 에테르 드래그에는 이미 자체적인 문제, 특히 이상 현상이 있었습니다.또한 에테르가 다양한 회전 질량에 의해 끌려가는지를 보여주는 Lodge(1893, 1897)와 Ludwig Zehnder(1895)의 간섭 실험에서는 에테르 ^{[E 24][E 25][E 26]}항력이 나타나지 않았다.보다 정확한 측정은 두 개의 거대한 납 블록 ^{[E 27]}사이에 "다리" 중 하나를 놓고 완전한 MM 실험을 실행한 Hammar 실험(1935년)에서 이루어졌다.에테르를 질량에 의해 끌면 이 실험은 납에 의한 끌림을 검출할 수 있었을 것입니다만, 역시 무효가 되었습니다.이 이론은 다시 수정되었고, 이번에는 교란 작용이 매우 큰 질량이나 큰 자기장을 가진 질량에만 작용한다는 것을 암시했다.지구의 자전에 의한 사냐크 효과를 검출한 미셸슨-게일-피어슨 실험에서도 이 역시 잘못된 것으로 나타났다(에테르 항력 가설 참조).

"절대" 에테르를 구하기 위한 또 다른 완전히 다른 시도는 로렌츠-피트제럴드 수축 가설에서 이루어졌는데, 이 가설은 모든 것이 에테르를 통한 이동에 의해 영향을 받는다고 가정했다.이 이론에서, Michelson-Morley 실험이 "실패한" 이유는 장치가 이동하는 방향으로 길이가 수축되었기 때문이다.즉, 예상대로 에테르를 통과하는 빛은 "자연적인" 방식으로 영향을 받고 있었지만, 장치 자체도 영향을 받아 측정 시 차이를 상쇄했습니다.피츠제럴드는 올리버 헤비사이드의 논문에서 이 가설을 추론했다.에테르에 대한 언급 없이, 케네디와 손다이크는 1932년에 간섭계의 팔이 수축하고 또한 상대성이론에 ^{[E 28][8]}의해 요구되는 방식으로 "매우 거의" 광원의 주파수가 달라진다는 결론을 내림에 따라 상대성 효과의 물리적 해석을 공유했다.

마찬가지로 1913년 G. Sagnac에 의해 관찰된 Sagnac 효과는 즉시 특수 상대성 ^{[E 29][E 30]}이론과 완전히 일치하는 것으로 나타났다.실제로 1925년 미셸슨-갈레-피어슨 실험은 상대성 이론을 확인하기 위한 테스트로 제안되었지만, 절대 회전을 측정하는 테스트도 비 상대성 ^[9]이론과 일치한다는 사실도 인정되었다.

1920년대 동안, 마이클슨이 개척한 실험은 데이튼 밀러에 의해 반복되었는데, 데이튼 밀러는 알려진 에테르 이론과 일치할 만큼 충분히 크지는 않았지만 여러 차례에 걸쳐 긍정적인 결과를 공표했다.그러나 다른 연구자들은 밀러의 주장된 결과를 복제할 수 없었다.수년간 이러한 측정의 실험 정확도는 여러 차례 증가했으며 로렌츠 불변성의 위반 흔적은 발견되지 않았다. (나중의 재분석 결과, 밀러는 온도에 의한 변동을 과소평가했다고 결론지었다.)

밀러 실험과 그 불확실한 결과 이후 에테르를 검출하기 위한 더 많은 실험 시도가 있었다.많은 실험자들이 긍정적인 결과를 주장해 왔다.이러한 결과는 많은 양의 고정밀 측정과 모순되기 때문에 주류 과학에서는 별로 주목을 받지 못했다. 그 결과들은 모두 특수 상대성 ^[10]이론과 일치했다.

로렌츠 에테르 이론

1892년과 1904년 사이에 헨드릭 로렌츠는 전자와 에테르 사이의 엄격한 분리를 도입한 전자-에테르 이론을 개발했습니다.그의 모델에서는 에테르는 완전히 움직이지 않고, 생각할 수 있는 물질 근처에서는 움직이지 않습니다.이전의 전자 모델과 달리, 에테르의 전자장은 전자들 사이의 매개체로 나타나며, 이 분야의 변화는 빛의 속도보다 더 빨리 전파될 수 없습니다.1895년 로렌츠 이론의 기본 개념은 순서 v/^{[A 6]}c에 대한 "대응하는 상태의 이론"이었다.이 정리는 에테르에 대해 상대적으로 움직이는 관찰자가 적절한 변수 변화 후에 정지 중인 관찰자와 동일한 관찰을 수행한다는 것을 나타냅니다.로렌츠는 프레임을 바꿀 때 시공간 변수를 바꿀 필요가 있다는 것을 알아차렸고, 미셸슨-몰리 실험을 설명하기 위해 물리 길이 수축(1892)^{[A 7]}과 빛의 수차와 피조 실험을 설명하기 위해 현지 시간의 수학적 개념(1895)과 같은 개념을 도입했다.이것은 조셉 라모르(1897, 1900)^{[A 8][A 9]}와 로렌츠(1899, 1904)^{[A 10][A 11]}에 의해 소위 로렌츠 변환의 공식화를 초래했고, 여기서 현지 시간의 완전한 공식화는 에테르에서 움직이는 전자의 일종의 시간 확장을 수반한다.로렌츠가 나중에 언급했듯이, 그는 에테르에 있는 시계가 나타내는 시간을 "진정한" 시간으로 간주한 반면, 현지 시간은 그에 의해 휴리스틱 작업 가설과 수학적 ^{[A 12][A 13]}책략으로 여겨졌다.그러므로, 로렌츠의 정리는 현대 작가들에 의해 에테르에 있는 "실제" 시스템에서 ^{[B 7][B 3][B 8]}"가상" 시스템으로의 수학적 변환으로 보입니다.

로렌츠의 작업은 앙리 푸앵카레가 수학적으로 완성했는데, 앙리 푸앵카레는 상대성 원리를 여러 번 공식화하고 전기 역학과 조화를 이루려고 했습니다.그는 동시성을 빛의 속도에 따라 달라지는 편리한 규칙이라고 선언했고, 빛의 속도의 항상성은 자연의 법칙을 가능한 한 단순하게 만드는 데 유용한 가설이 될 것이다.1900년과^{[A 14][A 15]} 1904년에 그는 로렌츠의 현지 시간을 빛 신호에 의한 클럭 동기화의 결과로 물리적으로 해석했다.1905년 6월과 7월에^{[A 16][A 17]} 그는 상대성 원리를 중력을 포함한 자연의 일반 법칙으로 선언했다.그는 로렌츠의 실수를 수정하고 전자기 방정식의 로렌츠 공분산을 증명했다.하지만, 그는 에테르라는 개념을 완전히 감지할 수 없는 매개체로 사용했고 겉으로 보이는 것과 실시간으로 구별했기 때문에, 대부분의 과학 역사학자들은 그가 특수 상대성 ^{[B 7][B 9][B 3]}이론을 발명하는 데 실패했다고 주장한다.

에테르 끝

특수상대성이론

에테르 이론은 알버트 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 의해 갈릴레오 변환과 뉴턴 역학이 모두 수정되었을 때 로렌츠 전기 역학의 수학에 새로운 "에테르 비" ^{[A 18]}맥락이 주어졌을 때 또 다른 타격을 입었습니다.과학 사상의 대부분의 주요한 변화와는 달리,^{[B 10]} 특수 상대성 이론은 1905년 특수 이론에 의해 묘사된 물리 법칙이 "발견하기 위해 잘 익었다"는 아인슈타인의 후술과 일관되게 과학계에 의해 눈에 띄게 빠르게 채택되었다.헤르만 민코프스키에 의해 주어진 우아한 공식과 함께 특수 이론에 대한 막스 플랑크의 초기 주장은 일하는 과학자들 사이에서 특수 상대성 이론을 빠르게 받아들이는데 많은 기여를 했다.

아인슈타인은 그의 이론을 로렌츠의 초기 연구에 기초했다.검출할 수 없는 에테르를 통해 물체의 기계적 특성이 일정한 속도 운동과 함께 변화한다고 제안하는 대신, 아인슈타인은 하부의 존재와 무관하게 가장 기본적이고 확고하게 확립된 원리와 일치하기 위해 성공적인 이론이 가져야 하는 특성을 추론할 것을 제안했다.전기 에테르그는 로렌츠 변환이 맥스웰 방정식과의 관계를 초월해야 하고 관성 기준 프레임의 공간과 시간 좌표 사이의 기본적인 관계를 나타내야 한다는 것을 발견했다.이렇게 해서 그는 물리 법칙이 갈릴레이의 변환에서와 같이 불변하게 유지되었지만, 그 빛 또한 불변하게 된다는 것을 증명했다.

특수 상대성 이론의 발전과 함께, 하나의 보편적인 기준 틀을 설명할 필요성이 사라졌고, 19세기 발광 에테르 이론의 수용도 함께 사라졌다.아인슈타인에게 로렌츠 변환은 개념적인 변화를 암시했다: 공간이나 시간에서의 위치 개념은 절대적이지 않지만 관찰자의 위치와 속도에 따라 달라질 수 있다.

게다가 1905년 같은 달에 발표된 또 다른 논문에서 아인슈타인은 광전 효과라는 당시 쓰라린 문제에 대해 몇 가지 관찰을 했다.이 연구에서 그는 빛이 "파도와 같은 성질"을 가진 입자로 간주될 수 있다는 것을 증명했다.입자는 분명히 이동하기 위한 매체가 필요하지 않으며, 따라서 빛도 필요하지 않습니다.이것은 양자역학의 완전한 발전으로 이어진 첫 번째 단계로, 파동 같은 자연과 빛의 입자 같은 자연이 둘 다 빛에 대한 유효한 설명으로 간주됩니다.에테르 가설, 상대성 이론, 광량자에 대한 아인슈타인의 생각의 요약은 1909년 그의 강의인 "방사선의 구성과 본질에 대한 우리 관점의 발전"^{[A 19]}에서 찾을 수 있다.

로렌츠는 에테르 가설을 계속 사용했다.1911년경 그의 강연에서 그는 "상대성이론이 말하는 것은 에테르와 시간에 대해 생각하는 것과는 독립적으로 실행될 수 있다"고 지적했다.그는 "에테르(에테르)가 있든 없든 전자기장이 존재하며, 전기 진동의 에너지도 마찬가지"라고 말했다. "에테르(에테르)라는 이름이 마음에 들지 않는다면, 우리는 이 모든 것을 걸기 위해 다른 단어를 사용해야 한다."그는 "이러한 개념의 보유자를 특정 ^{[11][B 7]}실체성을 부정할 수 없다"고 결론지었다.

그러나 1920년 5월 5일 아인슈타인이 레이든 대학에서 행한 연설에서 그는 "그러나 좀 더 신중한 성찰은 우리에게 특별한 상대성 이론이 우리에게 에테르를 부정하도록 강요하지 않는다는 것을 가르쳐준다.우리는 에테르의 존재를 가정할 수 있다; 오직 에테르의 확실한 운동 상태를 그 탓으로 돌리는 것을 포기해야 한다. 즉, 우리는 추상화를 통해 로렌츠가 여전히 에테르가 남긴 마지막 기계적 특성을 가져가야 한다.우리가 나중에 알게 될 이 관점은, 내가 어느 정도 멈춘 비교에 의해 보다 이해하기 쉽게 하려고 노력하는 것이 일반 상대성 이론의 결과에 의해 정당화된다는 것을, 그리고 그의 연설의 결론에서, "재추적, 우리는 일반 상대성 이론 sp에 따라 말할 수 있다.에이스는 물리적인 성질을 가지고 있기 때문에, 이러한 의미에서 에테르는 존재합니다.일반 상대성이론에 따르면 에테르 없는 공간은 생각할 수 없다.

기타 모델

최근 몇 년 동안 물리학에 대한 신로렌츠적 접근을 주창했던 몇몇 사람들이 있었는데, 이것은 검출할 수 없고 이론의 예측에 아무런 역할도 하지 않는 절대적인 진정 상태를 가정한다는 의미에서 로렌츠적이다.따라서 이 이론들은 명목상만 19세기 에테르 이론과 유사하다.예를 들어, 양자장 이론의 창시자인 폴 디락은 1951년 "에테르(Ether)"라는 제목의 네이처 기사에서 "우리는 오히려 에테르(^{[13][A 20]}Ether)를 가질 수밖에 없다.하지만, 디락은 완전한 이론을 공식화하지 않았고, 그래서 그의 추측은 과학계에서 받아들여지지 않았다.대조적으로, 바로 21세기 초에 찰스 케네스 손힐 박사는 암흑 물질을 모든 전자파와 중력이 전파되는 우주에 퍼지는 매체인 에테르로 식별한 비단일적인 에테르 우주론의 윤곽을 그렸습니다.

에테르에 대한 아인슈타인의 견해

아인슈타인이 1900년 취리히 폴리테크닉의 학생이었을 때, 그는 에테르에 대한 아이디어에 매우 관심이 있었다.그의 연구 논문의 첫 번째 제안은 지구가 ^[14]에테르를 통해 얼마나 빨리 움직이는지를 측정하는 실험을 하는 것이었다."파도의 속도는 전파를 일으키는 탄성력의 제곱근에 비례하며, 이러한 ^[15]힘에 의해 움직이는 에테르 질량에 반비례합니다."

1916년 아인슈타인이 일반상대성이론에 대한 기초 연구를 마친 후, 로렌츠는 일반상대성이론 내에 에테르가 다시 도입되었다고 추측하는 편지를 그에게 썼다.그의 답변에서 아인슈타인은 실제로 "새로운 에테르"에 대해 말할 수 있지만, 그 에테르와 관련된 움직임에 대해서는 말할 수 없을 수도 있다고 썼다.이것은 아인슈타인에 의해 몇 개의 반인기적인 기사에서 더욱 상세하게 설명되었다.^{[A 21][A 22][A 23][A 24][B 11][B 12][B 13]}

1918년에 아인슈타인은 ^{[A 21]}처음으로 공개적으로 그 새로운 정의를 암시했다.그 후, 1920년대 초, 레이든에 있는 로렌츠 대학에서 그가 초청받은 강연에서 아인슈타인은 상대성 이론과 로렌츠 에테르를 조화시키려고 했다.이 강의에서 아인슈타인은 특수상대성이론이 에테르의 마지막 기계적 특성인 움직이지 않는 특성을 없애버렸다고 강조했다.그러나 그는 특수상대성이론이 반드시 에테르를 배제하는 것은 아니며, 에테르는 가속과 회전에 물리적인 현실을 주기 위해 사용될 수 있기 때문이다.이 개념은 물질에 의해 부분적으로 결정되는 물리적 특성이 공간에 기인하는 일반 상대성 이론 내에서 완전히 상세하게 설명되었지만, 어떠한 물질이나 운동 상태도 그 "에테르"^{[B 13][A 22][16]}에 기인할 수 없다.

아인슈타인은 1924년의 또 다른 논문인 "에테르에 대하여"에서 가속도가 절대적인 뉴턴의 절대 공간은 "역학의 에테르"라고 주장했다.그리고 Maxwell과 Lorentz의 전자기 이론에서는 에테르가 절대적인 운동 상태를 갖는 "Ether of Electrodynamics"에 대해 말할 수 있습니다.특수상대성이론에 관해서도, 이 이론에서는 뉴턴의 역학에서와 같이 가속도가 절대적이다.그러나 맥스웰과 로렌츠의 전자기 에테르와의 차이는 "에테르 내의 다른 위치에서 동시 상태를 더 이상 절대적으로 말할 수 없었기 때문에 에테르를 시간만으로 상태를 정렬할 수 있는 객관적인 방법이 없었기 때문에 에테르를 4차원으로 만들었다"는 사실에 있다.이제 "특수 상대성 이론의 에테르"는 여전히 "절대"입니다. 왜냐하면 물질은 에테르 성질에 의해 영향을 받지만 에테르에는 물질의 존재에 의해 영향을 받지 않기 때문입니다.이 비대칭성은 일반 상대성 이론 안에서 해결되었다.아인슈타인은 물질이 에테르 구조에 영향을 미치는 것처럼 물질은 에테르에 의해 영향을 받기 때문에 "일반 상대성 이론의 에테르"^{[A 23]}는 절대적이지 않다고 설명했다.

이 상대론적 에테르 개념과 고전적 에테르 모델의 유일한 유사점은 측지학을 통해 식별할 수 있는 우주에서의 물리적 성질의 존재에 있다.존 스타첼과 같은 역사학자들이 주장하듯이, "새로운 에테르"에 대한 아인슈타인의 견해는 1905년 그가 에테르를 포기한 것과 상충되지 않는다.아인슈타인 자신이 지적했듯이, 어떠한 실체도 운동 상태도 새로운 에테르에 기인할 수 없다.아인슈타인의 "에테르"라는 단어 사용은 과학계에서 거의 지지를 받지 못했고, 현대 ^{[B 11][B 12][B 13]}물리학의 지속적인 발전에 아무런 역할을 하지 못했다.

에테르 개념

• 에테르 이론
• 에테르(클래식 요소)
• 에테르 항력 가설

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

각주

인용문

주요 소스

실험

세컨더리 소스

외부 링크

• 해리 베이트먼(1915)에테르 구조, 미국 수학회 회보 21(6): 299~309.
• Decaen, Christopher A. (2004), "Aristotle's Aether and Contemporary Science", The Thomist, 68 (3): 375–429, doi:10.1353/tho.2004.0015, S2CID 171374696, archived from the original on 2012-03-05, retrieved 2011-03-05.
• The Ether of Space 2017-09-13 Wayback Machine에 보관 - Rayleigh 경의 주소
• Science Week 이론 물리학: 에테르와 깨진 대칭에 대하여
• 신입생의 레퍼런스 워크/Ether