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発光エーテル（光を伝えるエーテル）またはエーテルが電磁放射を伝播する媒体 として登場したのは 18 世紀です。エーテルは19世紀の大半、マイケルソンとモーリーの実験で有名な「存在しない」結果が出るまで、存在すると想定されていました。その後の実験では、マイケルソンとモーリーの結果が概ね一致しました。1920 年代までに、ほとんどの科学者がエーテルの存在を否定しました。
タイムライン
古代
- 紀元前4世紀 -アリストテレスは『物理学』を出版し、エーテルは空気より軽く天体を取り囲む要素であると簡潔に説明しました。彼はエーテルを他の要素との関係で説明しています。エーテルは空気より軽く、空気の上に位置していますが、空気は水より軽く、水は土より軽いです。アリストテレスの見解では、各要素は移動しても適切な場所に戻り、それが空気が上昇し、土と水が下降し、天が定位置に留まる理由を説明しています。[1]
初期の実験
- 17 世紀:ロバート・ボイルはエーテル仮説の提唱者でした。ボイルによれば、エーテルは微細な粒子から構成されており、その粒子の 1 つは真空の不在と物体間の機械的相互作用を説明し、もう 1 つは、マクロな物体の純粋に機械的相互作用だけでは説明できない磁気 (およびおそらく重力) などの現象を説明します。[2]
- 1690年 -クリスティアーン・ホイヘンスの『光論』は、光はエーテル中を伝播する波であるという仮説を立てた。
- 1704年 -アイザック・ニュートンが『光学』を出版し、光の粒子理論を提唱した。この理論では回折を説明できなかったため、彼は「ごまかしの要素」を加え、「エーテル媒体」がこの効果の原因であると主張し、さらに熱などの他の物理的効果の原因である可能性を示唆した。[要出典]
- 1727年 -ジェームズ・ブラッドリーが初めて恒星の光行差を測定し、光の速度には有限の速度があり、地球も動いていることを（再び）証明した。 [要出典]
- 1818年 -オーギュスタン・フレネルが光の波動理論を提唱し、光はエーテル中を移動する横波であると提唱し、それによって偏光が存在する仕組みを説明した。ニュートンの粒子理論とフレネルの波動理論はどちらも、異なる理由からではあるが、エーテルが存在することを前提としていることに注意する必要がある。この時点から、誰もエーテルの存在を疑うことはないようだ。[要出典]
- 1820年 -シメオン・ポアソンの「明るい点」の発見。波動理論を裏付けるもの。[要出典]
- 1830 年 - フレネルは、結合定数に基づいて、質量のある物体によるエーテルの引きずりを予測および測定する公式を開発しました。しかし、このような引きずりは行差と矛盾しているように思われ、地球が見えるようになるにはエーテルを引きずら
ないことが必要になります。
- ジョージ・ガブリエル・ストークスは引きずり理論の擁護者となる。[要出典]
- 1851年 -アルマン・フィゾーが、水の流れを伝わる光の有名な実験を実施。水の動きによる縞模様を測定し、フレネルの公式と完全に一致。ただし、地球の動きによる影響は見られなかったが、これについてはコメントしていない。それでも、これはエーテルの引きずりの非常に強力な証拠と見なされている。[要出典]
- 1868年 -マルティヌス・フックは、片方の腕を水中に浸した干渉計実験を使用して、フィゾーの実験の改良版を実施しました。彼は全く効果を確認できず、なぜ彼の実験がフィゾーの実験と大きく矛盾するのか説明できませんでした。[引用が必要]
- 1871年 -ジョージ・ビデル・エアリーが水を満たした望遠鏡でブラッドリーの実験を再現。彼も効果は見られなかった。エーテルは質量によって引きずられないようだ。 [要出典]
- 1873年 -ジェームズ・クラーク・マクスウェルが『電気と磁気に関する論文』を出版。[要出典]
- 1879年 - マクスウェルは、エーテル中の地球の絶対速度は光学的に検出できるかもしれないと示唆した。[要出典]
- 1881年 -アルバート・アブラハム・マイケルソンが、極めて小さな距離を測定するための装置を使用した最初の干渉計実験を発表しました。[要出典] マイケルソンの落胆は、彼の実験ではフレネルが示唆した「エーテル抵抗」による光の減速は発見されなかったことです。
- ヘンドリック・アントーン・ローレンツは、マイケルソンの計算には誤差があることを発見しました（つまり、予想される縞シフト誤差が 2 倍になります）。
- 1882年 - マイケルソンは自身の解釈の誤りを認めた。[要出典]
危機
- 1887 年 -マイケルソン・モーリー実験(MMX) で有名なゼロ結果が生まれました。小さなドリフトが見られましたが、これは「固定」エーテル理論を裏付けるには小さすぎ、実験誤差によるものである可能性があるほど小さかったです。
- 多くの物理学者がストークスの研究を掘り起こし、ドラッグが「標準的な解決策」となる
- 1887年から1888年 -ハインリヒ・ヘルツが電磁波の存在を検証。
- 1889年 -ジョージ・フィッツジェラルドが収縮仮説を提唱。これは、エーテルを通る移動方向の長さの変化により測定値がゼロになるという仮説です。
- 1892年 -オリバー・ロッジは、急速に移動する天体の周囲ではエーテル抵抗は目に見えないことを実証しました。
- 1895年 - ローレンツが独自に収縮仮説を提唱。
- 1902 年から 1904 年 - モーリーとモーリーは 100 フィートの干渉計を使用していくつかの MM 実験を実施し、結果はゼロでした。
- 1902年から1904年 -レイリー卿とデウィット・ブリストル・ブレイスは、エーテル内の運動物体の二重屈折（フィッツジェラルド・ローレンツ収縮による）の兆候を発見しませんでした。
- 1903年 -電気力を用いた全く異なる概念に基づくトラウトン・ノーブル実験でも、結果はゼロであった。
- 1905年 - ミラーとモーリーの実験データが公開されました。収縮仮説のテストは否定的な結果となりました。エーテル引きずり効果のテストはゼロの結果となりました。
- 1908年 -電気的効果に基づく別の実験であるトラウトン・ランキン実験では、フィッツジェラルド・ローレンツ収縮は検出されませんでした。
変化
- 1904年 -ヘンドリック・ローレンツが、静止（電磁気）エーテルの概念を放棄せずに、運動物体の新しい理論を発表しました。
- 1905 年 -アンリ・ポアンカレは、ローレンツの理論が相対性原理を満たしていることを示し、ローレンツ変換を発表しました。彼のモデルは依然としてローレンツのエーテルに基づいていましたが、彼はこのエーテルは完全に検出不可能であると主張しました。
- 1905年 -アルバート・アインシュタインが観測的に同等の理論を発表しましたが、原理のみからの導出（エーテルは除外）が完了していました。アインシュタインはまた、この概念が空間と時間の相対性を意味することを強調しました。彼は後にこれを特殊相対性理論と名付けました。
- 1908年 -トラウトン・ランキン実験により、あるフレームに従った物体の長さの収縮は、物体の静止フレームにおける抵抗の測定可能な変化をもたらさないことが示された。
- 1913年 -ジョルジュ・サニャックが回転式MMX装置を使用し、明らかに肯定的な結果を得た。いわゆるサニャック効果は当時エーテルの優れた証拠と考えられていたが、後に一般相対性理論によって説明された。SRに基づく優れた説明も存在する。
- 1914年 - ヴァルター・ツルヘレンは連星の観測から、光の速度が光源の動きによって決まるかどうかを判定した。彼の測定では、光の速度は10 −6ではないことが示された。これはエーテルの引きずりに対するさらなる証拠であると主張された。
- 1915年 - アインシュタインが一般相対性理論を発表。
- 1919年 -アーサー・エディントンのアフリカ日食探検が実施され、一般相対性理論が確認されたようです。
- 1920年 - アインシュタインは、特殊相対性理論ではエーテルを否定する必要はなく、一般相対性理論の重力場はエーテルと呼べるが、エーテルにはいかなる運動状態も帰属できないと述べた。
- 1921年 -デイトン・ミラーがウィルソン山でエーテルドリフト実験を実施。ミラーは絶縁型および非磁性型の干渉計でテストを行い、良好な結果を得る。
- 1921年から1924年 - ミラーはケース大学で管理された環境下で広範囲にわたるテストを実施しました。
- 1924年 - ミラーはウィルソン山で実験を繰り返し、良い結果を得た。
- ルドルフ・トマシェクは干渉計の光源として星を使用し、ゼロの結果を得ました。
- 1925 年 -マイケルソン・ゲール・ピアソンの実験で、地球の自転が光速度に与える影響を検知する試みが成功しました。この実験の重要性は今日まで議論されていますが、この惑星サニャック効果はリング レーザー ジャイロによって測定され、GPS システムで考慮されています。
- 1925年4月 –米国科学アカデミーの会議。
- アーサー・コンプトンがストークスのエーテル抗力ソリューションの問題点を説明します。
- ミラー氏はエーテルドラッグに関する肯定的な結果を発表します。
- 1925年12月 –アメリカ科学振興協会の会議。
- ミラーは、この肯定的な結果を説明するために 2 つの理論を提案しています。1 つは修正されたエーテル理論であり、もう 1 つは収縮仮説からわずかに逸脱したものです。
- 1926年 - ロイ・J・ケネディがウィルソン山で無結果を発表
- オーギュスト・ピカールとエルネスト・シュターヘルは、モン・リジで無結果を出す。
- 1927年 – ウィルソン山会議。
- ミラー氏は部分的な同調について語る
- マイケルソンはエーテル抵抗と高度差の影響について語る
- KK Illingworth は、解像度を大幅に向上させる 1 つのミラーにステップを追加した巧妙なバージョンの MMX を使用して、ゼロの結果を生み出しました。解像度が非常に優れているため、ほとんどの部分的なエントレインメント システムを排除できます。
- 1929年 - マイケルソンとFGピーズがピアソン実験を行い、無結果となった。
- 1930 年 -ゲオルク・ヨースが、完全に真空中に設置された極めて正確な干渉計を使用して、ゼロの結果を生み出しました。
- 1932年 -ケネディ・ソーンダイク実験では、長さが異なり、直角ではない干渉計が使用されました。数シーズンにわたって測定が行われ、写真に記録されて、測定後の研究がより良く行えるようになりました。ケネディ・ソーンダイク実験はSRの基本的なテストの1つとなり、光速が放射源の速度に依存しないことを証明しました。他の2つの基本的なテストは、マイケルソン・モーリー実験（光速の等方性を証明）とアイブス・スティルウェル実験（時間の遅れを証明）です。
- 1934年 -ゲオルク・ヨースがマイケルソン・ゲール・ピアソンの実験について発表し、エーテルが回転運動ではなく並進運動によって引き込まれる可能性は低いと述べた。
- 1935年 –ハマーの実験によりエーテル同調が否定される
- 1951年 -ポール・ディラックは、現在受け入れられている量子場理論にはエーテルが必要であると書いたが、この理論を完全に定式化することはなかった。
議論は鈍る
- 1955年 - RS シャンクランド、SW マッカスキー、FC レオーネ、G. クエルティがミラーの結果を分析し、それが系統的誤差に起因するものであると説明した (シャンクランドの説明は現在広く受け入れられている)。
- 1958 年 - シーダーホルム、ヘイブンズ、タウンズは、互いに周波数をロックした 2 つのメーザーを使用して、光を 2 方向に送信しました。結果はゼロでした。この実験は、以前の光ベースの MMX 実験ほど正確ではありませんでしたが、将来的にはより正確になる新しいセットアップを実証しました。
- 1964年 - ジャセジャ、ジャヴァン、マレー、タウンズは、より新しく、より精密なメーザーを使用して以前の実験を繰り返しました。
- 1969 年 - シャミアとフォックスは、アクリルガラス導波管の「アーム」と、光源として非常に安定したレーザーを使用して、 MMX 実験を繰り返しました。実験では、縞の約 0.00003 ほどの小さなシフトが検出されるはずですが、まったく測定されませんでした。
- 1972年 - RS シャンクランドは、アルバート アインシュタインの「関心と励まし」がなかったら、デイトン ミラーの研究に疑問を投げかける努力をすることはなかっただろうと認めています。
- 1973年 - トリマーは、片方の脚がガラスの中にある三角形の干渉計でゼロの結果を発見しました。
- 1977年 - ブレッチャーは連星パルサーを用いたズルヘレンの実験を繰り返し、光速が2*10 −9と変わらないことを示しました。
- 1979年、ブリレットとホールは高精度レーザーを備えたタウンズ装置を使用し、10 15分の3までのドリフトがないことを実証しました。実験では17 Hzの信号も残留していることが実証されましたが、著者らはそれが実験室に関連していると推測しています。
- 1984年 - トールとコーレンは2つの原子時計の間に周期的な位相シフトを発見したが、その距離は比較的短く（0.5 km）、精度の低いルビジウムタイプの時計であった。
- 1988年 – ガニオンらが片道の光速を測定し、異方性は検出されなかった
- 1990年 - ヒルズとホールはレーザーを使ってケネディ・ソーンダイク実験を繰り返し、1年間にわたって測定を行った。2 10 −13
- Krisher らは、Phys. Rev. D、42、No. 2、pp. 731–734、(1990) で、地球に固定され、21 km の光ファイバー リンクで分離された 2 つの水素メーザーを使用して、それらの間の位相の変化を調べました。彼らは、一方向の線形異方性の上限を 100 m/s に設定しました。
- 1991年 - ローランド・デウィッテは、6か月間にわたり、1.5kmの地下同軸ケーブルを介して、ほぼ同じ子午線上にある高精度セシウムビーム時計間の位相ドリフトの周期成分を発見しました。周期は恒星日に等しい [1][2]。
- 2003年 - ホルガー・ミュラーとアヒム・ピータースがベルリンのフンボルト大学で極低温光共振器を用いた現代マイケルソン・モーリー実験を実施。10 −15 では変化が見られなかった[3]
さらに読む
- バネシュ・ホフマン『相対性理論とそのルーツ』（フリーマン社、ニューヨーク、1983年）。
- マイケル・ヤンセン、「19 世紀のエーテル理論」、UMNの「Einstein for Everyone」コース(2001 年)。
- ウォレス・カンター『光の相対論的伝播』（コロナド・プレス、1976 年）、WorldCatLibraries.org
古典文献
- マクスウェル、Collected Papers、HA Lorentz、Archives Neerlandaises、xxi. 1887、xxv. 1892
- Ver such einer Theorie der electrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Korpern (ライデン、1895)
- Encyk の「Elektrodynamik」と「Elektronentheorie」。数学。ヴィッセンシャフテン、バンド v. 13、14
- O. ロッジ、「異常問題について」、フィリピン翻訳、1893 年および 1897 年
- J. ラーモア、Phil. Trans. 1894-95-97、および論文「エーテルと物質」（1900）p. 262
- PKL Drude、A. Schuster、RW、「エーテルの一般物理学」
- レイリー卿の文書集
参照
外部リンクと参考文献
- ヒュー・チザム編 (1911)。。ブリタニカ百科事典。第 1 巻 (第 11 版)。ケンブリッジ大学出版局。pp. 292–297。
- ジェームズ・デメオ: 「デイトン・ミラーのエーテルドリフト実験: 新たな視点」
参考文献
- ^ 「アリストテレスの物理学」RPハーディーとRKゲイ訳。インターネットクラシックスアーカイブ
- ^ ロバート・ボイル『ロバート・ボイル著作集』、トーマス・バーチ編、第2版、全6巻（ロンドン、1772年）、III、316。EAバート『近代科学の形而上学的基礎』（ガーデンシティ、ニューヨーク：ダブルデイ＆カンパニー、1954年）、191-192ページに引用。