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光伝導性エーテル（光伝導エーテル）、あるいは電磁波を伝播する媒体 としてのエーテルの 歴史は18世紀に遡ります。エーテルは19世紀の大半、マイケルソン＝モーリーの実験で有名な「ゼロ」の結果が出るまで、存在すると想定されていました。その後の実験は、マイケルソンとモーリーの結果と概ね一致しました。1920年代までに、ほとんどの科学者は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『自然学』を出版し、エーテルは空気より軽く天体を取り囲む元素であると簡潔に説明しました。彼はエーテルを他の元素との関係で説明しています。エーテルは空気より軽く、空気の上方に位置し、空気は水より軽く、水は土より軽いとしています。アリストテレスの見解では、各元素は移動しても本来あるべき場所に戻ると考えられており、これが空気が上昇し、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を提唱した。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、その粒子の一つは真空の不在と物体間の力学的相互作用を説明するものであり、もう一つは磁気（そしておそらく重力）といった、巨視的な物体間の純粋に力学的相互作用だけでは説明できない現象を説明するものである。[ 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仮説を立てた。
- 1704年 -アイザック・ニュートンは『光学』を出版し、光の粒子説を提唱した。この説では回折現象を説明できなかったため、彼は「ごまかし」を加え、「エーテル媒質」がこの現象の原因であると主張し、さらに熱などの他の物理的効果もエーテル媒質が原因である可能性を示唆した。
- 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。
- 1818年 –オーギュスタン・フレネルが光の波動説を提唱し、光はエーテル中を伝わる横波であると提唱しました。これにより、偏光の存在が説明されます。ニュートンの粒子説とフレネルの波動説は、それぞれ異なる理由ではあるものの、どちらもエーテルの存在を前提としていることに留意することが重要です。この時点以降、エーテルの存在を疑う人は誰もいなくなったようです。
- 1820年 -シメオン・ポアソンの「輝点」の発見。波動理論を裏付けるもの。
- 1830年 – フレネルは、結合定数に基づいて、質量の大きい物体によるエーテルの引きずりを予測・測定するための公式を考案した。しかし、この引きずりは行光行差と矛盾しているように思われる。行光行差があるとすれば、地球がエーテルを引きずら ないと観測できないことになる。
- ジョージ・ガブリエル・ストークスがドラッグ理論の擁護者になる。
- 1851年 -アルマン・フィゾーは、流水を通過する光に関する有名な実験を行いました。彼は水の動きによる光の縞模様を測定し、これはフレネルの公式と完全に一致しました。しかし、地球の運動による影響は見られませんでしたが、フィゾー自身はこの点については言及していません。それでもなお、これはエーテル引きずりの非常に強力な証拠と見なされています。
- 1868年 -マルティヌス・フックは、片腕を水中に浸した干渉計実験を用いて、フィゾーの実験の改良版を実施した。フックは全く効果を確認できず、なぜ自身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なかった。
- 1871年 -ジョージ・ビデル・エアリーは、水を満たした望遠鏡を用いてブラッドリーの実験を再現した。彼もまた、何の影響も見なかった。エーテルは質量に引きずられていないようだ。
- 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。
- 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。
- 1881年 -アルバート・アブラハム・マイケルソンが、極めて微小な距離の測定にこの装置を用いた最初の干渉計実験を発表しました。マイケルソンは落胆しましたが、彼の実験では、フレネルが示唆した「エーテル抵抗」による光の減速は確認されませんでした。
- 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の 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る。
危機
- 1887年 -マイケルソン・モーリー実験（MMX）で有名な「ゼロ」結果が得られた。わずかなドリフトが観測されたが、これは「固定された」エーテル理論を支持するには小さすぎ、実験誤差によるものかもしれないほど小さかった。
- 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、エーテルの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、高速で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 -トラウトン・ノーブル実験は、電気力を用いた全く異なる概念に基づいて行われたが、これもまた無結果であった。
- 1905年 - ミラーとモーリーの実験データが発表される。収縮仮説の検定は否定的な結果となった。エーテル引きずり効果の検定は無結果となった。
- 1908年 -電気的効果に基づく別の実験であるトラウトン・ランキンの実験で、フィッツジェラルド・ローレンツ収縮が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。
- 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すことを示して、ローレンツ変換を発表した。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たが、このエーテルは完全に検出不可能であると主張した。
- 1905年 –アルバート・アインシュタインは観測的に等価な理論を発表したが、エーテルを除外し、原理のみからの導出のみで完結していた。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た。彼は後にこれを特殊相対性理論と名付けた。
- 1908年 -トラウトン・ランキンの実験により、ある座標系における物体の長さの収縮は、その物体の静止座標系における抵抗の測定可能な変化を生じないことが示された。
- 1913年 –ジョルジュ・サニャックは回転式MMX装置を用いて、明確な肯定的な結果を得ました。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ましたが、後に一般相対性理論によって説明されました。SRに基づく優れた説明も存在します。
- 1914年 –ヴァルター・ツルヘレンは連星の観測を用いて、光速が光源の動きに依存するかどうかを決定した。彼の測定は、光速が10の-6乗ではないことを示した。これはエーテル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隊が実施され、一般相対性理論が確認されたと思われる。
- 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ぶことができ、エーテルには運動状態を帰することはできないと述べた。
- 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を用いて試験を行い、良好な結果を得た。
- 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、肯定的な結果を得た。
- 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・ピアソンの実験は、地球の自転が光速度に与える影響を検出しようと試み、肯定的な結果をもたらしました。この実験の意義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システムにも考慮されています。
- 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。
- ミラーはエーテル抵抗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つの理論を提唱している。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ある。
- 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・ピカールとアーネスト・スタヘルはモン・リジに関して無結果を出しました。
- 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、片方のミラーに段差を設け、分解能を劇的に向上させたMMXの巧妙なバージョンを用いて、ゼロの結果を生み出しました。分解能は非常に優れているため、ほとんどの部分同調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実施し、無結果を出す。
- 1930 年 -ゲオルク・ヨースは、完全に真空状態に配置された非常に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、長さの異なる、かつ直角ではない干渉計が用いられました。彼らは数シーズンにわたって測定を行い、写真に記録することで、測定後のより良い研究を可能にしました。ケネディ・ソーンダイク実験は、放射源の速度に対する光速度の独立性を証明し、SRの基本的な検証の一つとなりました。他の2つの基本的な検証は、マイケルソン・モーリー実験（光速度の等方性を証明）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 -ハン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。
議論が鈍る
- 1955年 - RS Shankland、S.W. McCuskey、FC Leone、G. Kuerti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（Shanklandの説明は現在では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、互いに周波数を同期させた2つのメーザーを用いて光を双方向に送信した。その結果はゼロであった。この実験は、初期の光ベースのMMX実験ほど正確ではなかったが、将来的にはより精度が向上するであろう斬新な構成を実証した。
- 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、はるかに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路の「アーム」と高安定レーザーを光源として用いたMMX実験を再度行った。実験では干渉縞の約0.00003倍という小さなシフトも検出されるはずであったが、実際には全く測定されなかった。
- 1972年 - R.S.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」がなければ、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る。
- 1973年 - トリマーは、ガラスに片方の脚が付いた三角形の干渉計でゼロの結果を発見しました。
- 1977年 - ブレーチャーは連星パルサーで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タウンズ装置と高精度レーザーを用いて、10 15分の3のドリフトがないことを実証しました。この実験では17 Hzの残留信号も確認されましたが、著者らはそれが実験室に起因するものだと推測しています。
- 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度を測定し、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用いてケネディ・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のシフトは見られなかった。
- Krisherら（Phys. Rev. D, 42, No. 2, pp. 731–734, (1990)）は、地球に固定され、21km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用いて、それらの間の位相変動を観測した。彼らは、一方向の線形異方性の上限を100m/sとした。
- 1991年 - ローランド・デウィットは、6ヶ月間にわたり、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に周期的な成分を発見しました。周期は恒星日に等しくなります[1] [2]
- 2003年 – ホルガー・ミュラーとアヒム・ペータースは、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しました。彼らは10 −15のシフトがないことを確認しました[3]
さらに読む
- バネシュ・ホフマン『相対性理論とその根源』（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・カンター著『光の相対論的伝播』（コロナド・プレス、1976年）、WorldCatLibraries.org
古典的な参考文献
- マクスウェル著『Collected Papers』、HAロレンツ、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」、フィリップ・トランス、1893年および1897年
- J. ラーモア著『Phil. Trans. 1894-95-97』および論文『エーテルと物質』（1900年）262ページ
- PKL Drude、A. Schuster、RW、「エーテルの一般物理学」
- レイリー卿の文書集成
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」 R.P.ハーディーとR.K.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バート著『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・アンド・カンパニー、1954年）、191-192ページに引用。
