Вертикальная вариация современных версий Майкельсона-Морли.

Вот уже почти год я нахожусь в неудобном положении, когда у меня есть идея.

Однако в этой идее есть один приятный момент. Это делает конкретное, точное и относительно легко проверяемое физическое предсказание.

Идея предсказывает, что эфирный ветер со скоростью 11 187 м / с (скорость убегания Земли) дует прямо на поверхность Земли на ее поверхности.

Я считаю, что это можно было бы проверить, выполнив вертикальную вариацию современных версий эксперимента Майкельсона-Морли (MMX) с одной рукой, направленной в вертикальном направлении. ( Современный ММХ )

В 2003 г. Мюллер и соавт. выполнил нормальный (2 горизонтальных ортогональных рукава) современный MMX с использованием криогенных оптических резонаторов, который обнаружил «возможную анизотропию скорости света c, (из) 2,6 +/- 1,7 частей на 10 ^ 15» ( arXiv )

В краткой беседе с Хольгером Мюллером, профессором Беркли и ведущим автором этой статьи, он заявил, что, насколько известно, никто никогда не выполнял вариант эксперимента с использованием вертикальной руки. Он также упомянул, что такой эксперимент будет осложнен тем фактом, что гравитация немного сожмет длину вертикального стержня, из-за чего два стержня одинаковой длины перестанут быть равными по длине.

«Насколько я знаю, они не были сделаны. Проблема в том, что любой интересный физический сигнал будет трудно отличить от сильного сигнала от вытягивания рук под собственным весом». - Х. Мюллер

Я заинтересован в том, чтобы попытаться провести этот эксперимент самостоятельно. В связи с этим у меня следующие вопросы:

  1. Учитывая современное понимание физики, есть ли основания ожидать, что такое вертикальное изменение MMX не даст точно таких же результатов, как и все другие MMX, а именно отсутствие анизотропии скорости света?
  2. Учитывая сложности, упомянутые профессором Мюллером, существуют ли разумные методы для их преодоления? Особенно учитывая размер эффекта (c + 11 187 м/с по сравнению с c) значительно больше, чем точность, полученная в его и аналогичных современных MMX.
  3. Какова на порядок стоимость такого эксперимента? Если я буду финансировать это лично, будет ли такой проект стоить 10 000 долларов? 100 000 долларов? 1 000 000 долларов ? более?

Любое понимание, предложенное по этой теме, будет высоко оценено.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Для чего это стоит, для людей, которые смотрят на это годы спустя. Как я изначально упоминал в комментарии к очень ценному и исчерпывающему ответу [WetSavannaAnimal aka Rod Vance]. В то же время мне становится все более комфортно с идеей, что существует поток эфира или пространства-времени, или как бы вы это ни называли, в Землю со скоростью 11 км/с; Я твердо верю, что вертикальный MMX вернет тот же нулевой результат, что и горизонтальный.

И я верю, что это произойдет из-за сокращения длины; что сокращение длины точно маскирует любую анизотропию скорости света, гарантируя, что время прохождения света туда и обратно в любом направлении является постоянным; это сокращение длины обеспечивает ковариацию Лоренца.

Сжатие материала — не единственная проблема: гравитационное красное смещение в таком расположении весьма существенно.
@dmckee Красное смещение обратимо? Будет ли фотон, отправленный с поверхности земли и отраженный от зеркала в космосе, обратно на поверхность, иметь результирующее красное смещение или он вернется к синему смещению туда, откуда начал?
Конечно, это обратное возвращение в том смысле, что длина волны света остается той же, когда он возвращается на общий оптический путь, но он вносит фазовый сдвиг, к которому чувствителен интерферометр. Чего я не сделал, так это попытался оценить, можно ли это вычесть из данных.
@dmckee Хорошо, большое спасибо за отзыв. Я займусь расчетом.
aepryus: " В 2003 году Мюллер и др. выполнили обычный (2 горизонтальных ортогональных плеча) современный MMX с использованием криогенных оптических резонаторов [... arxiv.org/abs/physics/0305117 ] " -- Там (стр. 2) это заявил: « В нашем эксперименте (рис. 1) мы используем два л знак равно 3   см длинные CORE (криогенные оптические резонаторы) «. Как Мюллер и др. Измерили, было ли (или с какой точностью) это условие установки действительно выполнено на протяжении всего испытания? (Конечно, это не только беспокойство в случае « вертикального отклонения » установки?)

Ответы (2)

Во-первых, вам нужно рассчитать, насколько ваш гипотетический эффект изменит оптическую задержку в каждом из плеч интерферометра, и убедиться, что вы ожидаете увидеть какой-либо результат в предлагаемом вами эксперименте. Другими словами: каковы характеристики интерферометра (длина плеча, требования к источнику света и т . д ., допуски на вибрацию), которые позволят вам увидеть ваш эффект, если он реален и разумны ли они?

Я вижу серьезную проблему с вашей настройкой, которую вам нужно будет преодолеть. Я думаю, что есть несколько эффектов, которые повлияют на ваш эксперимент. Во-первых, это изменение оптической длины данного плеча интерферометра, которое возникает из-за гравитационного красного смещения света, распространяющегося между различными гравитационными потенциалами, когда плечо находится в вертикальном положении (что подтверждается экспериментом Паунда-Ребки — см. вики-страницу с этим названием , а не к отсутствию этого эффекта при горизонтальном положении руки.Этот эффект невелик, но его можно точно рассчитать по метрике Шварцшильда и он воспроизводим. Так что этот эффект не проблема для вас. Второй эффект - это гравитационный приливной эффект, который возникает из-за вариации второго порядка метрики Шварцшильда). Действительно, это чрезвычайно мягкая версия спагетификации. Интерферометр реагирует на это, принимая напряженное состояние - оно эквивалентно (в ньютоновском пределе) деформации, необходимой для противодействия изменению гравитационного ускорения, определяемому выражением 3 грамм Δ / р для вертикального расстояния Δ , куда р - радиус Земли, когда интерферометр находится в свободном падении. То есть несколько микрограмм на метр вертикального расстояния. Опять же, это повторяющийся эффект.

Эффект, который будет намного больше и который, по IMO, почти невозможно объяснить, - это изменение длины оптического плеча из-за механического напряжения на плече, вызванного весом, когда плечо интерферметра поворачивается из горизонтального положения в вертикальное. И интерферометр необходимо вращать, как в эксперименте Майкельсона-Морли, поскольку не существует неинтерферометрического способа сравнения оптических длин плеч интерферометра. Решение состоит в том, чтобы поменять местами руки (путем вращения) и таким образом проверить эффект.

Так что на самом деле это означает, что ваш эксперимент нужно проводить в условиях невесомости. Согласно вашей теории, предложенный вами эффект все еще существует в свободном падении? В противном случае вам потребуется разработать воспроизводимые, независимые от света средства измерения деформации, вызванной весом, в плечах вашего интерферометра с точностью до сотых долей длины волны.

Любая изготовленная по индивидуальному заказу интерферометрическая система той точности, которую вы ищете, легко съест десятки тысяч долларов США / евро на момент написания (2014 г.) в производстве оптики и механической системы юстировки. Вам нужно будет хорошо разбираться в механическом проектировании и производстве инженерных чертежей, чтобы получить то, что вам нужно. Добавьте 10 000 долларов либо на приобретение программного обеспечения, которое поможет вам в этом ( например , Solidworks), либо на профессиональную инженерную помощь (в последнем случае добавьте от 20 000 до 30 000 долларов ).

Теперь добавьте стоимость проведения вашего эксперимента на низкой околоземной орбите. Вопрос обмена стеками космических исследований «Какова текущая стоимость за фунт, чтобы отправить что-то на НОО?» может помочь вам. Было бы справедливо поспорить, исходя из приведенных там цифр, что вы смотрите на 25 тысяч долларов США / кг. Таким образом, спутниковая система интерферометра весом десять килограммов (не забывайте о телеметрии данных) обойдется вам в четверть миллиона долларов США/евро, чтобы доставить ее туда, где она будет работать.

Итак, в целом, я бы сказал, что бюджет порядка 400 тысяч долларов США / 400 тысяч евро выглядит как минимальная цифра.

Большое спасибо за этот ответ. На самом деле эта идея предсказывает, что эффект полностью исчезнет в свободном падении ( physics.stackexchange.com/questions/130323/a-clock-in-freefall ). Кроме того, я понял, что даже при скорости ветра 11 км/с этот эксперимент также дал бы нулевой результат. В настоящее время я думаю, что сокращение длины полностью является результатом эфирного ветра и всегда точно маскирует ветер, что приводит к лоренцевской ковариации во всех случаях.
WetSavanna ошибается насчет гравитационного красного смещения. На самом деле это НЕ влияет на сам свет, но НА ЧАСЫ. Как всем известно, гравитационное красное смещение возникает из-за измерений частоты света с помощью часов, расположенных на разной высоте. Это влияет только на часы. Если ВАШИ часы (не фотонные, фотонных часов в теории относительности нет) медленнее, то вы измерите синее смещение, наоборот, если ваши часы быстрее, красное смещение. Но при формировании интерференционной картины нет частоты, измеряемой часами/частотомерами, и это явление исключено.
@mfc Но метрика Шварцшильда скажет вам, что есть сдвиг. Представьте себе это так. Представьте себе интерферометр, построенный в квадратной или прямоугольной рамке: смещения по его сторонам г Икс , г у и позволяет построить его в глубоком космосе. Он имеет прямоугольную форму, измеренную относительно локальной метрики, и поскольку эта метрика плоская, г Икс и \mathrm{d}y$ коммутируют. Теперь перенесите интерферометр в гравитационное поле. Наше пространство-время больше не плоское, да и искривление пространства тоже есть. Так-же бесконечно малые смещения....
.... г Икс и г у больше не ездить. Итак, это говорит вам о том, что интерферометр не может одновременно иметь свою первоначальную форму и одинаковые длины сторон. Так что он будет находиться в состоянии напряжения - хотя и будет очень маленьким. Его реакция на метрику будет зависеть от его эластичных свойств, поэтому в конечном итоге он будет иметь разную длину пути. Кроме того, относительные длины путей будут зависеть от ориентации. Я не подсчитывал, сколько это - может быть, это слишком мало, чтобы быть проблемой. В любом случае это повторяемо, поэтому, даже если это существенно, это не проблема - это систематическая ошибка, которая ....
@mfc можно исправить. Гораздо большим и трудным для корректировки эффектом является деформация, вызванная весом. Другими словами, релятивистский эффект, о котором я говорю, представляет собой чрезвычайно мягкую версию спагеттификации, то есть анизотропного эффекта.
@mfc ..... и я только что понял, что это то же самое, что и приливной эффект, если думать об этом с ньютоновской точки зрения, и действительно, две теории дадут почти идентичные результаты в земных условиях. Итак, да, это не явление красного смещения.
@mfc И, если подумать, я считаю, что вы ошибаетесь насчет эффекта фунта Ребки. Я думаю, что ваша основная проблема заключается в том, что вы пытаетесь сравнить временные интервалы в разных точках искривленного многообразия. Частота света — следовательно, фаза на единицу длины — действительно меняется при его вертикальном распространении. Просто представьте, что вы точно измеряете длину волны с помощью суперрешетки и перемещаете измерительный прибор вертикально, измеряя по мере движения. Он действительно зарегистрирует изменение длины волны, точно так же, как астрономы действительно видят красное смещение в спектрах атомов. Таким образом, фазовая задержка вдоль ....
@mfc .... заданная длина плеча интерферометра действительно меняется в зависимости от его ориентации в гравитационном потенциале.

Примером подобного эксперимента является знаменитое измерение гравитационно-индуцированного фазового сдвига в нейтронном пучке, проведенное Колеллой, Оверхаузером и Вернером (часто называемое «экспериментом COW»). Интересно отметить, что хотя гравитационный фазовый сдвиг и имел место, его размер оказался не таким, как предсказывалось.

Вертикальная вариация современных версий Майкельсона-Морли.
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v