ハマー実験

ハマー実験は、エーテル抗力仮説を検証するためにグスタフ・ヴィルヘルム・ハマー（1935年）が設計し実施した実験である。その否定的な結果は、いくつかの特定のエーテル抗力モデルを反証し、特殊相対性理論を裏付けた。

1887 年のマイケルソン・モーリーの実験(およびその後の1903 年のトルートン・ノーブルの実験、1908 年のトルートン・ランキンの実験など) などの実験は、光伝播媒体として知られている光伝導エーテルの理論に反する証拠を提示しました。この理論は、当時ほぼ 100 年間科学の一部として確立されていました。これらの結果は、当時の近代科学の非常に中心的な前提に疑問を投げかけ、後に特殊相対性理論の発展につながりました。

マイケルソン・モーリーの実験結果を、想定された媒体であるエーテルの文脈で説明しようとして、多くの新しい仮説が検討された。提案の 1 つは、静止したエーテルを通過する代わりに、地球のような巨大な物体がエーテルの一部を引きずり、「風」を検出することが不可能になるというものである。オリバー・ロッジ(1893–1897) は、回転する巨大な鉛のブロックを使用して非対称のエーテル風を発生させる実験を行い、この理論をテストした最初の人物の 1 人である。彼のテストでは、エーテル風に関する以前のテストと大きく異なる結果は得られなかった。^{[1] [2]}

1920年代、デイトン・ミラーはマイケルソン・モーリーの実験を繰り返した。彼は最終的に実験経路に沿った質量を最小限に抑える装置を製作し、軽量素材で作られた建物の高い丘の頂上で実験を行った。彼は日周変動を示す測定値を生成し、「風」の検出を示唆した。彼は、以前の実験では装置の周りにかなりの質量があったのに対し、質量が作られなかったことが原因であるとした。^{[3] [4] [5] [6]}

ミラーの主張を検証するために、ハマーは1935年に共通経路干渉計を使用して次の実験を行った。^{[7] [8]}

彼は、半銀鏡 A を使用して、白色光線を 2 つの半光線に分割しました。半光線の 1 つは、鉛プラグで終端された厚肉鋼管に横方向に送られました。この管内で光線は鏡 D で反射され、縦方向に送られ、管の反対側の端にある別の鏡 C に送られました。そこで光線は反射され、横方向に送られ、管の外側にある鏡 B に送られました。B から光線は縦方向に A に戻りました。もう一方の半光線は、同じ経路を反対方向に進みました。

光路のトポロジーは、奇数回の反射を伴うサニャック干渉計のトポロジーであった。サニャック干渉計は優れたコントラストと干渉縞の安定性を提供し、 ^[9]奇数回の反射を伴う構成は、偶数回の反射を伴う構成よりもわずかに安定性が劣るだけである。（奇数回の反射を伴う場合、反対方向に進むビームは、光路の大部分にわたって互いに対して横方向に反転するため、トポロジーは厳密な共通経路からわずかに逸脱する。^[10]）彼の装置は振動、機械的ストレス、および温度の影響に対して比較的耐性があったため、ハマーは、温度制御のない屋外の開放された環境で干渉計を使用したにもかかわらず、干渉縞の 1/10 ほどの小さな干渉縞の変位を検出することができた。

ロッジの実験と同様に、ハマーの装置も、提案されたエーテル風に非対称性を引き起こすはずだった。ハマーが予想した結果は、装置をエーテル風に垂直に並べると、両方の長い腕がエーテルの引き込みの影響を等しく受ける。装置をエーテル風に平行に並べると、一方の腕がもう一方の腕よりもエーテルの引き込みの影響をより強く受ける。ロバートソン/ヌーナンは、逆方向に伝搬する光線の予想伝搬時間を次のように示した。^[8]

${\displaystyle t_{1}={\frac {AB}{c+v}}+{\frac {BC+DA}{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}+{\ frac {CD}{c-v+\Delta v}}}$

${\displaystyle t_{2}={\frac {AB}{cv}}+{\frac {BC+DA}{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}+{\frac { CD}{c+v-\Delta v}}}$

ここで、混入したエーテルの速度です。これにより、予想される時間差が得られます。 ${\displaystyle \Delta v}$

${\displaystyle \Delta t\simeq {\frac {2l\Delta v}{c​​^{2}}}}$

1934年9月1日、ハマーはアイダホ州モスクワの2マイル南にある高い丘の上に装置を設置し、9月1日、2日、3日の昼間に装置を方位角のあらゆる方向に向け、多くの観測を行った。彼は干渉縞のシフトを観測しなかったが、これは上限がkm/sであることに相当した。^[7]これらの結果は、ミラーが提唱したエーテル抗力仮説に対する反証であると考えられている。^[8]${\displaystyle \Delta v<0.074}$

「エーテル抗力」についてはさまざまな考え方が存在するため、すべてのエーテル抗力実験の解釈は、仮説の各バージョンの文脈で行うことができます。

1. 質量を持つ物体による引き込みは全くないか、部分的に引き込みがある。これはオーギュスタン＝ジャン・フレネルやフランソワ・アラゴなどの科学者によって議論された。これはマイケルソン・モーリーの実験によって反証された。
2. すべての質量の内部またはその近傍における完全な同調。これは光行差、サニャック効果、オリバー・ロッジの実験、およびハマーの実験によって反証されました。
3. 地球のような非常に大きな質量の内部またはその近傍でのみ完全な同調が起こる。これは光行差やマイケルソン・ゲール・ピアソンの実験によって反証された。