Eine vertikale Variation moderner Versionen von Michelson-Morley

Seit fast einem Jahr befinde ich mich in der unangenehmen Lage, eine Idee zu haben.

Eine schöne Sache hat diese Idee jedoch. Es macht eine konkrete, genaue und relativ einfach zu testende physikalische Vorhersage.

Die Idee sagt voraus, dass es einen ätherischen Wind von 11.187 m/s (Fluchtgeschwindigkeit der Erde) direkt in die Erdoberfläche an ihrer Oberfläche gibt.

Ich glaube, es wäre möglich, dies zu testen, indem man eine vertikale Variation moderner Versionen des Michelson-Morley-Experiments (MMX) mit einem in die vertikale Richtung gerichteten Arm durchführt. ( Modernes MMX )

2003 haben Müller et al. führte ein normales (zwei horizontale orthogonale Arme) modernes MMX unter Verwendung von kryogenen optischen Resonatoren durch, die eine „mögliche Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit c, (von) 2,6 +/- 1,7 Teilen in 10^15“ ( arXiv ) fanden.

In einem kurzen Gespräch mit Holger Müller, Professor in Berkeley und Hauptautor dieser Arbeit, erklärte er, dass seines Wissens nach noch niemand eine Variation des Experiments mit einem vertikalen Arm durchgeführt habe. Er erwähnte auch, dass ein solches Experiment durch die Tatsache kompliziert würde, dass die Schwerkraft die Länge des vertikalen Balkens leicht zusammendrücken würde, wodurch zwei gleich lange Balken nicht mehr gleich lang wären.

„Soweit ich weiß, wurden sie noch nicht durchgeführt. Das Problem ist, dass jedes interessante physikalische Signal schwer von einem großen Signal zu unterscheiden wäre, das von der Streckung der Arme unter ihrem eigenen Gewicht herrührt.“ -H.Müller

Ich interessiere mich für den Versuch, dieses Experiment selbst durchzuführen. Dazu habe ich folgende Fragen:

  1. Gibt es angesichts des derzeitigen Verständnisses der Physik einen Grund zu der Annahme, dass eine solche vertikale Variation des MMX nicht genau die gleichen Ergebnisse liefern würde wie alle anderen MMX, nämlich dass es keine Anisotropie in der Lichtgeschwindigkeit gibt?
  2. Gibt es angesichts der von Professor Müller erwähnten Komplikationen vernünftige Methoden, um sie zu überwinden? Besonders wenn man bedenkt, dass die Größe des Effekts (c + 11.187 m/s vs. c) wesentlich größer ist als die Genauigkeit, die in seinem und ähnlichen modernen MMXs erzielt wird.
  3. In welcher Größenordnung kostet ein solches Experiment? Wenn ich das persönlich finanzieren soll, würde ein solches Projekt 10.000 Dollar kosten ? 100.000 Dollar ? $ 1.000.000? mehr?

Jeder Einblick, der zu diesem Thema angeboten wird, wird sehr geschätzt.

BEARBEITEN: Für das, was es wert ist, für Leute, die sich das Jahre später ansehen. Wie ich ursprünglich in einem Kommentar zu der sehr geschätzten und umfassenden Antwort von [WetSavannaAnimal alias Rod Vance] angedeutet habe. Dabei gewöhne ich mich zunehmend an die Vorstellung, dass Äther oder Raumzeit oder wie auch immer man es nennen will, mit 11 km/s in die Erde fließen; Ich bin fest davon überzeugt, dass ein vertikaler MMX das gleiche Nullergebnis zurückgeben würde wie der horizontale.

Und ich glaube, dass dies aufgrund der Längenkontraktion der Fall sein wird; diese Längenkontraktion maskiert genau jede Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit, indem sichergestellt wird, dass die Umlaufzeit des Lichts in jeder Richtung konstant ist; diese Längenkontraktion stellt die Lorentz-Kovarianz sicher.

Die Materialkompression ist nicht das einzige Problem: Die gravitative Rotverschiebung ist in dieser Anordnung mehr als nur ein bisschen signifikant.
@dmckee Ist die Rotverschiebung reversibel? Wird ein Photon, das von der Erdoberfläche gesendet und von einem Spiegel im Weltraum zurück zur Oberfläche zurückgeworfen wird, eine Netto-Rotverschiebung haben oder wird es eine Blauverschiebung zurück zu seinem Ausgangspunkt haben?
Sicherlich kehrt es in dem Sinne zurück, dass die Wellenlänge des Lichts dieselbe ist, wenn es auf den gemeinsamen optischen Weg zurückkehrt, aber es führt eine Phasenverschiebung ein, für die ein Interferometer genau empfindlich ist. Was ich nicht getan habe, ist zu versuchen zu schätzen, ob dies etwas ist, das Sie von den Daten abziehen könnten.
@dmckee Ok, vielen Dank für das Feedback. Ich arbeite an der Berechnung.
aepryus: „ Im Jahr 2003 führten Müller et al. ein normales (zwei horizontale orthogonale Arme) modernes MMX unter Verwendung von kryogenen optischen Resonatoren durch [… arxiv.org /abs/physics/0305117 ] “ – Da (S. 2) ist es behauptet: „ In unserem Experiment (Abb. 1) verwenden wir zwei L = 3   cm long COREs (cryogenic optical resonators) ". Wie haben Müller et al. gemessen, ob (bzw. mit welcher Genauigkeit) diese Setup-Bedingung während des gesamten Versuchs tatsächlich erfüllt war und blieb? (Sicherlich ist das nicht nur bei einer " vertikalen Variation " bedenklich der Einrichtung?)

Antworten (2)

Zuerst müssen Sie berechnen, wie stark Ihr hypothetischer Effekt die optische Verzögerung in jedem der Arme des Interferometers verändern wird, und prüfen, ob Sie mit Ihrem vorgeschlagenen Experiment ein Ergebnis erwarten . Anders ausgedrückt: Was sind die Spezifikationen des Interferometers (Armlängen, Lichtquellenanforderungen usw. , Schwingungstoleranzen), mit denen Sie Ihren Effekt sehen können, wenn er real ist, und sind sie angemessen?

Ich sehe ein großes Problem mit Ihrem Setup, das Sie überwinden müssen. Ich kann mir mehrere Effekte vorstellen, die Ihr Experiment beeinflussen werden. Die erste ist die Änderung der optischen Länge eines bestimmten Interferometerarms, die durch die Gravitationsrotverschiebung des Lichts entsteht, das sich zwischen verschiedenen Gravitationspotentialen ausbreitet, wenn der Arm vertikal ist (wie durch das Pound-Rebka-Experiment bestätigt - siehe Wiki-Seite mit diesem Namen) . auf das Fehlen dieses Effekts bei horizontalem Arm. Dieser Effekt ist gering, aber er kann aus der Schwarzschild-Metrik genau berechnet werden und ist wiederholbar. Dieser Effekt ist also kein Problem für Sie. Ein zweiter Effekt ist der gravitative Gezeiteneffekt, der auf die Variation zweiter Ordnung der Schwarzschild-Metrik zurückzuführen ist). In der Tat ist dies eine extrem milde Version der Spaghettifizierung. Das Interferometer reagiert darauf, indem es einen verspannten Zustand annimmt – er entspricht (in der Newtonschen Grenze) der Spannung, die erforderlich ist, um einer Änderung der Erdbeschleunigung entgegenzuwirken, die durch gegeben ist 3 g Δ / R für einen vertikalen Abstand von Δ , Wo R ist der Erdradius, wenn sich das Interferometer im freien Fall befindet. Das heißt, ein paar Mikrogramm pro Meter vertikaler Entfernung. Auch dies ist ein wiederholbarer Effekt.

Ein wesentlich größerer und meiner Meinung nach fast unmöglich zu erklärender Effekt ist die Änderung der optischen Armlänge durch die gewichtsinduzierte mechanische Belastung des Arms, wenn der Arm des Interfermeters von der Horizontalen in die Vertikale gedreht wird. Und das Interferometer muss wie im Michelson-Morley-Experiment gedreht werden, da es keine nicht-interferometrische Möglichkeit gibt, die optischen Längen der Interferometerarme zu vergleichen. Die Lösung besteht darin, die Rollen der Arme (durch Rotation) zu tauschen und den Effekt so zu überprüfen.

Das bedeutet also wirklich, dass Ihr Experiment unter Bedingungen der Schwerelosigkeit durchgeführt werden muss. Existiert Ihr vorgeschlagener Effekt nach Ihrer Theorie immer noch im freien Fall? Andernfalls müssen Sie ein wiederholbares, lichtunabhängiges Mittel entwickeln, um die gewichtsinduzierte Dehnung in Ihren Interferometerarmen mit einer Genauigkeit von Hundertstel der Wellenlänge zu messen.

Jedes speziell angefertigte Interferometersystem mit der von Ihnen gewünschten Präzision verschlingt zum Zeitpunkt des Schreibens (2014) leicht Zehntausende von US-Dollar / Euro für die Optikproduktion und das mechanische Ausrichtungssystem. Sie müssen sich in der mechanischen Konstruktion und der Erstellung von Konstruktionszeichnungen sehr gut auskennen, um das zu bekommen, was Sie brauchen. Addieren Sie 10.000 US-Dollar entweder für den Erwerb von Software, die Ihnen dabei hilft ( z . B. Solidworks ) oder für professionelle technische Hilfe (im letzteren Fall fügen Sie 20.000 US- Dollar zu 30.000 US- Dollar hinzu ).

Fügen Sie nun die Kosten hinzu, um Ihr Experiment in eine erdnahe Umlaufbahn zu bringen. The Space Exploration Stack Exchange Frage "Wie hoch sind die aktuellen Kosten pro Pfund, um etwas an LEO zu senden?" kann dir helfen. Es wäre eine faire Wette, ausgehend von den dort zitierten Zahlen, dass Sie 25.000 USD / kg sehen. Ein zehn Kilogramm schweres Interferometer-Satellitensystem (Datentelemetrie nicht vergessen) kostet Sie also eine Viertelmillion USD / Euro, um es dorthin zu bringen, wo es funktioniert.

Alles in allem würde ich sagen, dass ein Budget in der Größenordnung von 400.000 USD / 400.000 Euro eine Mindestgröße darstellt.

Vielen Dank für diese Antwort. Tatsächlich sagt diese Idee voraus, dass der Effekt im freien Fall vollständig verschwindet ( Physics.stackexchange.com/questions/130323/a-clock-in-freefall ). Darüber hinaus ist mir klar geworden, dass dieses Experiment auch bei 11 km/s Wind ein Nullergebnis liefern würde. Mein derzeitiger Gedanke ist, dass die Längenkontraktion vollständig auf den ätherischen Wind zurückzuführen ist und den Wind immer genau maskiert, was in allen Fällen zu einer Lorentz-Kovarianz führt.
WetSavanna liegt falsch mit der Gravitations-Rotverschiebung. Tatsächlich betrifft es NICHT das Licht selbst, sondern die UHREN. Wie jeder weiß, beruht die gravitative Rotverschiebung auf Lichtfrequenzmessungen mit Uhren, die in verschiedenen Höhen aufgestellt sind. Es betrifft nur Uhren. Wenn IHRE Uhr (nicht die der Photonen, es gibt keine Photonenuhr in der Relativitätstheorie) langsamer ist, messen Sie eine Blauverschiebung, im Gegenteil, wenn Ihre Uhr schneller ist, eine Rotverschiebung. Aber bei der Bildung des Interferenzmusters wird keine Frequenz mit Uhren/Frequenzmessern gemessen, und dieses Phänomen steht außer Frage.
@mfc Aber die Scwarzschild-Metrik sagt Ihnen, dass es eine Verschiebung gibt. Stellen Sie sich das so vor. Stellen Sie sich das Interferometer vor, das in einen quadratischen oder rechteckigen Rahmen eingebaut ist: Verschiebungen entlang seiner Seiten d x , d j und lassen Sie es im Weltraum bauen. Es hat eine rechteckige Form, gemessen in Bezug auf die lokale Metrik, und da diese Metrik flach ist, d x und \mathrm{d}y$ pendeln. Bringen Sie nun das Interferometer in das Gravitationsfeld. Unsere Raumzeit ist jetzt nicht mehr flach und tatsächlich gibt es auch eine räumliche Krümmung. Also die gleichen infinitesimalen Verschiebungen ....
.... d x Und d j nicht mehr pendeln. Das sagt Ihnen also, dass das Interferometer nicht sowohl seine ursprüngliche Form als auch die gleichen Seitenlängen haben kann. Es wird also in einem Spannungszustand sein - obwohl es sehr klein sein wird. Seine Reaktion auf die Metrik hängt von seinen elastischen Eigenschaften ab, sodass er mit unterschiedlichen Pfadlängen endet. Darüber hinaus hängen die relativen Weglängen von der Orientierung ab. Ich habe nicht berechnet, wie viel das ist - vielleicht ist es zu klein, um ein Problem darzustellen. In jedem Fall ist es wiederholbar, also selbst wenn es signifikant ist, ist es kein Problem - es ist ein systematischer Fehler, der ....
@mfc kann korrigiert werden. Der viel größere und schwer zu korrigierende Effekt ist die gewichtsinduzierte Belastung. Anders ausgedrückt, der relativistische Effekt, von dem ich spreche, ist eine extrem milde Version der Spaghettifizierung, die ein anisotroper Effekt ist.
@mfc ..... und ich habe gerade festgestellt, dass dies dasselbe ist wie der Gezeiteneffekt, wenn man auf Newtonsche Weise darüber nachdenkt, und tatsächlich werden die beiden Theorien unter Erdbedingungen fast identische Ergebnisse liefern. Also, ja, das ist kein Rotverschiebungsphänomen.
@mfc Und nach dem zweiten Gedanken glaube ich, dass Sie sich in Bezug auf den Pfund-Rebka-Effekt irren. Ich denke, Ihr grundlegendes Problem besteht darin, dass Sie versuchen, Zeitintervalle an verschiedenen Punkten in einem gekrümmten Verteiler zu vergleichen. Die Frequenz des Lichts – also Phase pro Längeneinheit – ändert sich wirklich, wenn es sich vertikal ausbreitet. Stellen Sie sich einfach vor, die Wellenlänge mit einem Supergitter genau zu messen und Ihr Messinstrument vertikal zu verschieben und dabei zu messen. Es wird tatsächlich eine Wellenlängenänderung registrieren, so wie Astronomen wirklich eine Rotverschiebung in Atomspektren sehen. Also die Phasenverzögerung entlang a ....
@mfc .... die gegebene Länge des Interferometerarms ändert sich wirklich abhängig von seiner Ausrichtung in einem Gravitationspotential.

Ein Beispiel für ein ähnliches Experiment ist die berühmte Messung einer gravitativ induzierten Phasenverschiebung in einem Neutronenstrahl von Colella, Overhauser und Werner (oft als "das COW-Experiment" bezeichnet). Es ist interessant festzustellen, dass es zwar eine eindeutige Gravitationsphasenverschiebung gab, ihre Größe jedoch nicht wie vorhergesagt war.

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