마이컬슨-게일-피어슨 실험

Michelson–Gale–Pearson experiment

마이컬슨-게일-피어슨 실험(1925)은 마이컬슨-몰리 실험과 사냑-인터페로미터의 수정된 버전입니다. 지구의 자전에 의한 Sagnac 효과를 측정하여 지구의 자전 프레임을 따라 특수 상대성 이론과 발광 에테르 이론을 시험했습니다.

실험.

알버트 A가 처음 제안한 것처럼, 그 목적. 1904년 마이컬슨과 1925년 헨리 G. 게일에 의해 처형된 마이컬슨은 지구의 자전이 지구 근처의 빛의 전파에 영향을 미치는지를 알아보기 위한 것이었습니다.[1][2][3] 마이컬슨-게일 실험은 지구의 각속도를 감지할 수 있을 정도로 큰 고리 간섭계(둘레 1.9km)였습니다. 원래 마이컬슨-몰리 실험처럼 마이컬슨-게일-피어슨 버전은 두 방향으로 이동한 후 단일 소스(탄소 아크)에서 나오는 빛을 비교했습니다. 큰 변화는 원래 MM 버전의 두 개의 "팔"을 다른 하나보다 훨씬 큰 두 개의 직사각형으로 교체하는 것이었습니다. 빛은 사각형 안으로 보내졌고, 모서리에 있는 거울에서 반사되어 출발점으로 돌아갔습니다. 두 개의 직사각형에서 나오는 빛은 표준 MM 실험에서 두 개의 팔에서 돌아오는 빛과 마찬가지로 스크린에서 비교되었습니다. 마이컬슨은 고정된 에테르와 특수 상대성 이론에 따른 예측된 가장자리 이동을 다음과 같이 설명했습니다.

여기서δ {\displaystyle \Delta}는 단위의 변위, A A} 면적(제곱 단위),ϕdisplaystyle \phi} 클리어링의 실험 장소 위도(° 46'), {\displaystyle c} ω {\displaystyle \omega} 지구 각속도, {\bda } 사용된 유효 파장입니다. 즉, 이번 실험은 지구의 자전으로 인한 Sagnac 효과를 감지하기 위한 것이었습니다.[4][5]

결과

실험 결과, 천문학으로 측정한 지구의 각속도가 측정 정확도 이내로 확인됐습니다. 마이컬슨-게일 실험의 링 간섭계는 외부 기준과 비교하여 보정되지 않았습니다(설정이 지구에 고정되어 있었기 때문에 가능하지 않았습니다). 설계를 통해 중심 간섭 무늬가 어디에 있어야 하는지 추론할 수 있습니다. 제로 시프트가 발생할 경우. 측정된 시프트는 1000분의 230 부품으로 1000분의 5 부품의 정확도를 보였습니다. 예상 이동량은 1000분의 237개였습니다. 마이컬슨/게일에 따르면, 이 실험은 고정된 에테르의 개념과 특수 상대성 이론 모두와 양립할 수 있다고 합니다.

1904년 마이컬슨에 의해 이미 지적된 바와 같이,[1] 그러한 실험에서의 긍정적인 결과는 지구의 회전하는 표면이 에테르 바람을 경험하기 때문에 완전한 에테르 드래그 가설과 모순됩니다. 마이컬슨-몰리 실험은 반대로 가상의 에테르가 지구에 대해 상대적으로 움직일 수 없다는 것을 보여줍니다. 즉, 지구가 궤도를 돌면서 에테르를 끌고 가야 한다는 것입니다. 이 두 결과는 그 자체로 양립할 수 없는 것은 아니지만, 이를 조정할 모델이 없는 경우 특수 상대성 이론 내에서 두 실험의 설명보다 더 임시방편적입니다.[6] 이 실험은 다른 모든 Sagnac 유형 실험과 동일한 이유로 상대성 이론과 일치합니다(Sagnac 효과 참조). 즉, 회전은 특수 상대성 이론에서 절대적인데, 왜냐하면 회전의 전체 과정 동안 장치 전체가 정지하는 관성 기준 프레임이 없기 때문에 두 광선의 빛 경로가 모든 프레임에서 다르므로 결과적으로 긍정적인 결과가 발생해야 합니다. 특수 상대성 이론에서 회전하는 프레임을 정의하는 것도 가능하지만, 이러한 프레임에서 빛의 속도는 더 이상 확장된 영역에서 일정하지 않으므로 이 관점에서도 긍정적인 결과가 발생해야 합니다. 오늘날, 지구의 자전으로 인한 Sagnac 타입 효과는 GPS에 일상적으로 통합됩니다.[7][8]

참고문헌

  1. ^ a b Michelson, A.A. (1904). "Relative Motion of Earth and Aether". Philosophical Magazine. 8 (48): 716–719. doi:10.1080/14786440409463244.
  2. ^ Michelson, A. A. (1925). "The Effect of the Earth's Rotation on the Velocity of Light, I.". Astrophysical Journal. 61: 137. Bibcode:1925ApJ....61..137M. doi:10.1086/142878.
  3. ^ Michelson, A. A.; Gale, Henry G. (1925). "The Effect of the Earth's Rotation on the Velocity of Light, II". Astrophysical Journal. 61: 140. Bibcode:1925ApJ....61..140M. doi:10.1086/142879.
  4. ^ Anderson, R., Bilger, H.R., Stedman, G.E.; Bilger; Stedman (1994). "Sagnac effect: A century of Earth-rotated interferometers". Am. J. Phys. 62 (11): 975–985. Bibcode:1994AmJPh..62..975A. doi:10.1119/1.17656.{{cite journal}}: CS1 maint: 다중 이름: 저자 목록 (링크)
  5. ^ Stedman, G. E. (1997). "Ring-laser tests of fundamental physics and geophysics" (PDF). Reports on Progress in Physics. 60 (6): 615–688. Bibcode:1997RPPh...60..615S. doi:10.1088/0034-4885/60/6/001. S2CID 250854429. Archived from the original (PDF) on 2020-03-09.
  6. ^ 게오르크 주스: Lehrbuch der theoretischen Physik. 12.판, 1959, 448페이지
  7. ^ Capderou, Michel (2014). Handbook of Satellite Orbits: From Kepler to GPS (illustrated ed.). Springer Science & Business. p. 716. ISBN 978-3-319-03416-4. 716페이지 초본
  8. ^ Rizzi, Guido; Ruggiero, Matteo Luca (2013). Relativity in Rotating Frames: Relativistic Physics in Rotating Reference Frames (illustrated ed.). Springer Science & Business Media. p. 11. ISBN 978-94-017-0528-8. 11페이지 발췌