Почему эксперимент Майкельсона-Морли считается нулевым?

Сначала общее замечание: ни один эксперимент не может дать точный нулевой результат, так как всегда присутствует какой-то шум. В случае эксперимента Майкельсона и Морли длины плеч не были точно равными, световые лучи падали на каждое зеркало под разными углами и т. д. Важно то, равен ли результат нулю в пределах экспериментальной неопределенности.

Затем эксперимент Майкельсона и Морли был разработан для проверки гипотезы Френеля о увлеченном эфире. Найденный ими результат действительно фальсифицировал это, как указал @Ruslan. Но поскольку результат был равен нулю в экспериментальных пределах, его стали рассматривать как нулевой результат.

Что еще более важно, единственное значение экспериментов типа Майкельсона-Морли - это проверка специальной теории относительности (СТО), но они не являются единственным типом таких экспериментов. У вас также есть тип Кеннеди-Торндайка, тип Айвза-Стилуэлла, тип Мессбауэра, доплеровский тип и т. д. Таким образом, нужен осмысленный способ сравнить их все. Взгляд на сдвиги полос не является достаточно общим: сначала в некоторых экспериментах это не измеряется, а затем даже среди всех оптических экспериментов сдвиги полос зависят от экспериментальной установки, и их нельзя напрямую сравнивать друг с другом. В результате физики разработали так называемые тестовые теории, допускающие отход от СТО, в рамках которых можно моделировать любой эксперимент. Наиболее часто используется Мансури и Сексл [1,2,3]. Концептуально это настолько просто, что я опишу его здесь, прежде чем смогу сравнить Майкельсона-Морли и Джуса. Я не изучал все остальные ваши ссылки.

Предполагается, что существует инерциальная система отсчета$\Sigma$в котором скорость света изотропна, и в котором часы синхронизированы с процедурой Эйнштейна, системой отсчета эфира, обычно выбираемой в качестве «системы реликтового излучения». Позволять$X$,$Y$,$Z$и$T$быть координатами пространства и времени в$\Sigma$. Затем рассматривается другой кадр$S$движущийся со скоростью$v$вдоль оси x, где координаты$x$,$y$,$z$и$t$(таким образом$v\approx 300\, \mathrm{km}/\mathrm{s}$). Наконец, предполагаются следующие преобразования:

где$a$,$b$,$d$,$\epsilon$,$\epsilon_2$, и$\epsilon_3$являются функциями скорости$v$. Эти последние 3 функции определяют синхронизацию, используемую в$S$и поэтому они ложны: только$a$,$b$, и$d$можно проверить экспериментально. Это делается путем их последовательного развертывания.$v$(можно доказать, что$a$,$b$и$d$должно быть четным, поэтому член первого порядка должен быть равен нулю):

Тогда любой экспериментальный тест специальной теории относительности может быть проанализирован в этой структуре, и это приводит к верхним границам комбинаций$\alpha$,$\beta$и$\delta$, так как СР соответствует$\alpha=\beta=+1/2$и$\delta=0$.

Для экспериментов Майкельсона-Морли разница$\delta\tau$на оптическом пути между двумя плечами считывает

где$l_1$и$l_2$- длины рук, а$\theta$является ориентация одного из рук. Например, для исходного эксперимента Майкельсона-Морли, взяв$\delta\tau < 0.005\lambda$,

тогда как для эксперимента Джооса

улучшение на два порядка.

[1] Реза Мансури и Роман У. Сексл. Проверка специальной теории относительности: I. Одновременность и синхронизация часов. Общая теория относительности и гравитации, 8(7):497–513, 1977.

[2] Реза Мансури и Роман У. Сексл. Проверка специальной теории относительности: II. тесты первого порядка. Общая теория относительности и гравитации, 8(7):515–524, 1977.

[3] Реза Мансури и Роман У. Сексл. Проверка специальной теории относительности: III. Тесты второго порядка. Общая теория относительности и гравитации, 8(10):809–814, 1977.

Вы никогда не можете сказать, что что-то равно нулю, вы можете только установить для него верхнюю границу, потому что эффект всегда можно делать все меньше и меньше, пока он не станет неотличимым от нуля для вашего аппарата. Говоря: «Ожидаемый результат был$x$, но было не более$x/20$" в основном говорит: "Я не мог измерить эффект", но более точным языком.