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    反驳相对论?是事实还是自信?这个著名实验值得一看

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    什么实验证明相对论是错误的?

    有一个很有名的实验。

    1933年,代顿米勒发表了一篇论文,总结了20多年的实验工作。它被命名为“以太漂移实验和地球绝对运动的测定”,并出现在《现代物理学评论》(原文在此,随后在《自然》杂志1934年再版)。

    米勒在威尔逊山实验室重复的本质上是迈克尔逊-莫利实验,但用的可能是当时世界上最灵敏的干涉仪。他发现,随着仪器的旋转,他的干涉图样呈正弦变化,也就是说,它为光速的相对变化和爱因斯坦的一个基本假设的矛盾提供了证据。这是一个非常小的影响,迫使米勒假设以太在很大程度上是由地球“携带”的,但他确信以太就在那里。

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    代顿·米勒是一位非常有成就和经验的实验家:他曾在1904年至1905年协助莫利跟进迈克尔逊·莫利的原始实验(在这种情况下,他们也发现了一个无效的结果)。在他多年的工作中,以及在这篇论文发表后,他为自己的研究成果辩护,反对其他人。他知道他的研究结果不同于其他大量的实验结果,但他认为这些结果大部分都不相关,因为它们不是在足够高的高度上完成的,他认为以太“风”更强。他坚信他驳倒了爱因斯坦。

    爱因斯坦对这个结果最感兴趣,并且如果米勒的结果成立,他完全同意米勒的观点,他的理论(SR和GR)将被证伪。

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    “如果肯定的结果[米勒的]被证实,那么狭义相对论和广义相对论,以其目前的形式,将是无效的。实验总结审判。然而,只有惯性和引力的等价性存在,然而,它们将导致一个截然不同的理论。”

    (爱因斯坦,1925年的一封信——请注意,即使是在米勒论文发表8年前,早期的研究结果就已经为人所知)

    但爱因斯坦试探性地提出山顶上变化的温度等因素可能起作用,使米勒感到沮丧。米勒对此大发雷霆,因为他觉得非实验主义者爱因斯坦是在暗示他愚蠢到没有考虑到温度效应(当然,他已经标记了温度读数),他于是停止了与爱因斯坦的接触。

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    温度效应再次出现在罗伯特·桑克兰(1955)对米勒工作的评论中,人们普遍认为这一评论否定了米勒的积极成果。事实上,桑克兰并没有提出一个令人信服的理由:他发现了温度效应,但一旦这些效应被解释清楚,大部分信号仍然存在。桑克兰不认为有必要强调这一点,他所说的结论是,温度效应可能是整个信号产生的原因。

    在此后的几年里,米勒的研究结果一直被大量引用在文献中。虽然负面结果继续上升,并证实爱因斯坦,他的数据仍然是最明显的积极的反对共识的异常存在。

    不幸的是,他的结果在很大程度上被用来证实人们的偏见:那些想提出以太理论并与爱因斯坦作斗争的人把他的结果当作绝对真理,从不质疑它是如何与绝大多数其他实验相矛盾的;而那些在物理学主流中的人则否定了结果是一种异常,认为没有必要解释米勒的错误。

    但我们现在知道了。

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    2006年,托马斯·罗伯茨对米勒原著和论文中的数据进行了分析,得出了令人信服的关于米勒实验的结论。他掌握了米勒的原始数据读数,发现米勒只粗略考虑了误差范围,用当时标准梳状滤波器平均程序分析了数据并报告了结果。罗伯茨指出,尽管这是1920-30年代的标准程序,但随着信号处理技术的进步,这些程序的统计缺陷自20世纪50年代以来才被正确理解。

    罗伯茨接着对米勒的原始读数进行了分析,这将在今天任何类似的实验数据上进行,并获得了现代误差条。它们看起来是这样的(闭合的圆圈表示长的、稳定的运行,仪器的旋转角度大于6圈,开放的圆圈小于6圈)。

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    正如这一再分析所表明的那样,米勒的所有长时间、稳定的运行以及仪器的多次转动都显示出误差范围内的条纹位移。只有他的一些短的运行显示出一些异常。不用说,这是非常可疑的:这些运行是米勒由于某种原因提前中止的(例如,随后发现安装和重新启动的困难)。信号只在这些运行中出现,在较长的运行中消失,很可能是这些困难的产物。

    罗伯茨的结论值得一提,因为他非常尊重米勒,并相信米勒的行为是诚实的:

    “代顿·米勒是他那个时代的囚犯。在20世纪20年代和30年代,数字信号处理是未知的,所有这些实验所使用的数据缩减算法的严重缺陷都没有被注意到。”

    反驳相对论?是事实还是自信?这个著名实验值得一看

    以上关于米勒分析和数据的讨论,仅仅是将现在的标准技术应用到他相当古老的数据中。这篇论文并没有突破任何新的领域,它只是解释了一个长期存在的难题:像代顿米勒这样有能力的人,怎么能得到与其他实验如此不一致的结果呢?——如上所述,他是每个实验者梦魇的受害者,并且在不知不觉中看到了他系统流动统计上不重要的模式,这些模式模仿了真实信号的出现。所以他的结果异常也就不足为奇了。

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    我们都是这个时代的囚犯。虽然本文给出了坚实可信的理由来拒绝米勒的结果,但试图以今天的标准来评判他是不公平的。事实上,认识到他不可能知道自己研究结果中的这些缺陷,让我们更加钦佩他在追求这些测量方面的奉献精神和毅力。他认为数据越多越好的直觉是正确的,并允许对他的系统流动进行定量建模。

    参考资料

    1.维基百科全书

    2.天文学名词

    3. forbes- Loria

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