Скорость света зависит от направления луча?..

[Amareis]

Здравствуйте!

Недавно наткнулся на интересный эксперимент еще от 1984 года (и ранее) - эксперимент Маринова со связанными затворами (это русский перевод-адаптация, оригинальная статья находится во вложении).

Краткое содержание - если предположить что скорость света на пути "туда" не равна скорости "обратно" (но туда+обратно / 2 = c, что и измеряется во всех экспериментах по определению скорости света), то можно попытаться измерить эту разницу используя два луча, идущие по параллельным путям навстречу друг другу. На этом пути они проходят сначала сквозь один вращающийся диск с отверстиями (который "нарезает" свет на отрезки) и потом сквозь второй такой же, жестко соединенный с первым, диск на расстоянии L (у Маринова - 120 см), который эти отрезки света еще немного подрезает.

Величина этой "подрезки" зависит от того, насколько успел продвинуться второй диск за время полета света между дисками, то есть от расстояния L, скорости света c, расстояния от центра диска до отверстий R (у Маринова - 12 см), ну и от частоты вращения дисков N (200 об/с). Если скорость света константна во всех направлениях, то соответственно и величина подрезки обоих лучей будет всегда одинаковой (с учетом возможных погрешностей). Если же скорость света зависит от направления луча, то между этими подрезками будет небольшая, но измеримая разница, зависящая от ориентации установки в пространстве.

Метод измерения разницы подрезок прост - лучи падают на фотоячейки, которые преобразуют их в токи, включенные навстречу. Остается сделать поправку на несимметричность установки (разная интенсивность лучей, сопротивления ячеек и т.д.) и построить график этой разницы. Вращая установку (или просто ожидая, пока Земля сама будет вращать ее вокруг своей оси), можно найти максимум этой разницы, который будет указывать в каком направлении скорости света имеют наибольшую разницу.

Самое правдоподобное объяснение этому может заключаться в том, что эта разница зависит от абсолютной скорости лаборатории (которая примерно равна абсолютной скорости Земли). Соответственно, когда свет идет в сторону движения лаборатории, он движется медленнее чем навстречу ей.

Собственно, Маринов, проведя этот эксперимент, вычислил абсолютную скорость Земли (362 ± 40 км/сек) и её направление - в район созведия Льва.

Эти измерения вполне бьются с абсолютной скоростью Земли относительно реликтового излучения, которая измерена уже не один раз (начиная, кстати, как раз с 80-х годов), примерно равна численно и направлена туда же.

Учитывая что вероятность такого совпадения не может быть объяснена никакими погрешностями измерений (кроме большого желания экспериментатора, конечно ), можно предположить три объяснения:

1. Наглая игра цифрами у Маринова - что маловероятно для публичного эксперимента. Кроме того, на момент проведения эксперимента, скорость Земли относительно реликтового излучения вроде бы известна еще не была.
2. Каким-то образом установка улавливает, например, то же самое реликтовое излучение и оно влияет на ее показания. Маловероятно (учитывая что для его точного измерения используют космические спутники), но все же отбрасывать такую вероятность нельзя. К счастью, проверить это несложно - достаточно провести эксперимент в экранированной лаборатории. Маринов, кстати, проводил эксперимент в вакууме, созданном под металлической крышкой - я не совсем уверен насколько она может экранировать реликтовое излучение, но кажется что должна.
3. Все-таки, его выводы верны и можно измерить скорость инерциальной системы относительно какой-то абсолютной системы координат, которая, кажется, совпадает с системой реликтового излучения. Это (как и анизотропия скорости света), конечно, вполне наглядным образом опровергает сразу два постулата теории относительности (о константности скорости света и равноправии инерциальных систем отсчета)

Вот тут у меня и зачесались руки воспроизвести этот эксперимент - благо что за прошедшие 30 лет материально-техническая база подросла ощутимо, а сложность его выглядит вполне посильной даже для наколеночного исполнения. Прямо сейчас ко мне уже идет пикоамперметр А2-4, который должен с излишком перекрыть диапазон предполагаемых разниц в токах (у Маринова они измерялись наноамперами, на аналоговом еще гальванометре). Найден на али и высокооборотистый мотор с отображением оборотов и драйвером (пока не заказан).

Учитывая что проживаю я в Челябинске, сделать прецизионные диски и вал тоже выглядит вполне возможным (есть знакомые на заводе со станками микронной точности).

Остается вопрос с оптической системой - лазер, делитель света, зеркала и фотоячейки. В качестве последних мне кажется логичным использовать фотодиоды в фотогальваническом режиме (Маринов вообще использовал выдранные из солнечной батареи ячейки), но тут у меня есть определенные сомнения, в связи с чем хочу спросить совета у знающих людей:

1. Могут ли массово доступные фотодиоды выдать необходимую чувствительность, пусть даже и интегральную?
2. Какой мощности должен быть лазер чтобы не спалить их, но при этом обеспечить максимально возможную мощность для измерения отклонений?
3. Обеспечит ли прямое включение фотодиодов навстречу друг другу полное вычитание константной силы тока? Ну и какой вклад будет здесь от тех же проводов, например.
4. Какие меры будут достаточны для экранирования реликтового излучения? Металлической крышки хватит, или глубокого подвала?

Сразу хочу сказать что в радиотехнике я полный ноль, потому и вопросы мои могут показаться наивными.

P.S. Вообще такие эксперименты по измерению анизотропии скорости света проводились не раз на разных принципах - тот же Маринов писал:

В 1973 г. в Софии я проделал "девиационный эксперимент со связанными зеркалами" [10]. Он был не очень точен и я измерил только максимальную проекцию абсолютной скорости Земли по оси аппарата (чей азимут был 84°), получив величину v = 130± 100 км/сек.

В 1975/76 г.г. в Софии я проделал "интерференционный эксперимент со связанными зеркалами [11], который был гораздо точнее. Проводя измерения в течение шести месяцев, я получил для модуля абсолютной скорости Солнца v=303±20 км/сек и для экваториальных координат ее апекса 8=-23°±4°, α = 13h23m±20m

Вложения

New_Measurement_of_the_Earths_Absolute_Velocity_w.pdf

(447.18 KiB) Скачиваний: 114

Последний раз редактировалось Amareis Вс мар 27, 2022 22:42:11, всего редактировалось 2 раз(а).

[Martian]

Посмотрел устройство. Что-то мне кажется, что два диска, соединённых жёстко на расстоянии 1200 мм, будут всё равно смещаться относительно друг друга при вращении из-за вибраций.

[Amareis]

Martian писал(а):

Посмотрел устройство. Что-то мне кажется, что два диска, соединённых жёстко на расстоянии 1200 мм, будут всё равно смещаться относительно друг друга при вращении из-за вибраций.

Ну вибрации должны быть более-менее статистическими, которые не должны оказывать систематического влияния на результаты, замеряемые интегрально (а не в конкретный момент времени). Это скорее вопрос хороших подшипников

Сразу скажу и про возможное скручивание вала:
а) это будет систематическая погрешность, которая не должна зависеть от направления установки
б) если вращение происходит без ускорения, возможное скручивание должно исчезнуть на константных оборотах
в) если вращение прикладывается к центру оси скручивание будет равномерным в обе стороны и соответственно нивелироваться

[Martian]

Ага, понял. Но тогда и высокая точность изготовления не нужна, ведь любые погрешности из-за этого тоже станут систематическими.

[Amareis]

Martian писал(а):

Ага, понял. Но тогда и высокая точность изготовления не нужна, ведь любые погрешности из-за этого тоже станут систематическими.

Нуу... Да, наверное. Но при высокой точности измерений, их можно будет просто вычесть, поигравшись с параметрами (направление вращения, поворот установки на 180 градусов и т.д.). В общем, проблемы выставления нуля, что в целом сделать относительно несложно.

[Andrey_B]

Интересная тема, и вдобавок опасная:

Спойлер

15 июля 1997 г. в Граце с Мариновым случился несчастный случай (по версии полиции, это было самоубийство), в результате которого он скончался на пути в больницу. По утверждениям профессора Паноса Т. Паппаса (Panos T. Pappas, Афины, Греция), незадолго до смерти Маринов бронировал места в гостинице на международную конференцию по физике, которая должна была состояться 25 августа того же года в Кёльне (Германия).
Сын — Марин Маринов, бывший в то время заместителем министра промышленности Болгарии, не был оповещён полицией о смерти отца.[7]

Amareis писал(а):

Маринов, кстати, проводил эксперимент в вакууме, созданном под металлической крышкой - я не совсем уверен насколько она может экранировать реликтовое излучение, но кажется что должна.

160ГГц, длина волны чуть менее 2мм. В идеале всё должно быть полностью спрятано в конструкцию из металла, с допустимыми размерами щелей, значительно меньше (в 5-10раз) длины волны (клетка Фарадея). Вакуум, думаю это лишнее, а вот влияние внешнего освещения, температуры окружающей среды нужно исключить.

Amareis писал(а):

Вращая установку (или просто ожидая, пока Земля сама будет вращать ее вокруг своей оси), можно найти максимум этой разницы, который будет указывать в каком направлении скорости света имеют наибольшую разницу.

Для исключения влияния магнитного поля земли, от вращения установки лучше бы отказаться.

Amareis писал(а):

Найден на али и высокооборотистый мотор с отображением оборотов и драйвером (пока не заказан).

Для исключения эффекта от возможной деформации кручения вала, нужно подобрать двигатель с очень стабильным (без рывков) моментом вращения. Возможно вообще выполнить на валу массивный маховик, а момент от мотора передавать ремённой передачей.

Amareis писал(а):

1. Могут ли массово доступные фотодиоды выдать необходимую чувствительность, пусть даже и интегральную?
2. Какой мощности должен быть лазер чтобы не спалить их, но при этом обеспечить максимально возможную мощность для измерения отклонений?

Думаю начать стоит с VBPW34S и обычной лазерной указки красного цвета свечения, желательно с регулятором тока.

Amareis писал(а):

3. Обеспечит ли прямое включение фотодиодов навстречу друг другу полное вычитание константной силы тока?

Скорее всего так просто не получиться, фотодиоды имеют приличный разброс не только по чувствительности, но и по линейности. Тут большое поле для экспериментов. Возможно вместо пикоамперметра потребуются какие-то усилители с различными регулировками, для компенсации всех неидеальностей.

Amareis писал(а):

Ну и какой вклад будет здесь от тех же проводов, например.

Влияние возможно. Поможет симметричность прокладки и экранировка.

[Amareis]

После некоторого обдумывания я решил еще упростить схему - в первую очередь потому что прецизионную оптику (зеркала и делитель лазера) найти по приемлемой цене сейчас сложно. Прикинул что если вместо одного разделенного лазерного луча поставить просто две указки с разных сторон, то при условии их минимальной однородности расхождения будут в целом стабильны и можно попробовать замерить разницу и так, скомпенсировав асимметричность также, как и для фотодиодов.

Для корректного выставления нуля нужно изменение длины луча между дисками - у Маринова для этого используется система из зеркал, я же думаю для начального варианта воткнуть источник постоянного тока и выставить ноль с его помощью. Это добавит еще потенциальный источник шумов, но они опять же должны быть статистическими.

В итоге схема получается крайне упрощенная, но, кажется, разницу измерять все равно должна. Абсолютное значение разницы мне особо не нужна, так как высчитывать абсолютную скорость особо и не нужно, только ее вектор (впрочем, может получиться и так). Ну и плюс возможность дальнейшего приближения установки к идеалу никуда и не исчезает, а если и такая схема позволить выявить феномен, то будет и не нужна вовсе.

Вакуум, думаю это лишнее, а вот влияние внешнего освещения, температуры окружающей среды нужно исключить.

Маринов использовал вакуум из-за того что пыль в воздухе может сильно влиять на показания, как и влажность. Вакуумную камеру необходимых размеров сделать относительно несложно из трубы 50 см диаметра, так что думаю тут лучше перестраховаться. А еще перфорированные диски на высоких оборотах это самая натуральная сирена

[MorskoyZmey]

Не рекомендуется использовать металлический экран. Вспомните опыты Майкельсона и Миллера. Чем выше от поверхности земли и меньше металла и бетона, тем лучше эффект. Да и при чем тут реликтовое излучение, конечно, вопрос.
С указками могут быть проблемы - диод в них может быть подвижен, т.ч. изменение ориентации в пространстве будет смещать луч.

[Муркиз]

Эти системы делают с оптикой для решения задачи компенсации всех погрешностей и деформаций лабораторной установки. Поскольку никакой степенью точности производства на двух параллельных установках этого не сделать.

[КРАМ]

Amareis писал(а):

Здравствуйте! .....у меня и зачесались руки ...

Все это выглядит совершенно по пионерски...
Попытка перенести "одновременность" в разнесенные в пространстве точки посредством механического вала - это как исследовать атомную структуру зубочисткой или патефонной иглой.
Все давно придумано. И работает в GPS/GLONASS/BEIDOU. Называется рубидиевый стандарт частоты.
Для пионеров скидка за компактность...
Таких нужно ДВА. Их синхронизируют и разносят в пространстве, получая два синхронных события на выбранном расстоянии.
Правда я не уверен, что есть смысл проверять работу навигационных систем....

Amareis писал(а):

эксперименты по измерению анизотропии скорости света проводились не раз

Пока существуют анизотропные диэлектрики, анизотропия скорости света будет очевидным фактом. Ибо скорость света В СРЕДЕ зависит от диэлектрической проницаемости среды. Деноминатор к скорости света в вакууме - корень квадратный из оной проницаемости.

[vlasovzloy]

Только квантовая запутанность сможет синхронизировать. Разноси не разноси все равно собьется время на часах

[КРАМ]

vlasovzloy писал(а):

Разноси не разноси все равно собьется время на часах

Конечно собъется. В пределах ТОЧНОСТИ этих часов. То есть 5*10^-11. С учетом расстояния (это могут быть десятки километров) такой точности хватит на проведение измерения. В отличии от механического вала.
Еще раз. Навигационные системы еженаносекундно проводят такой эксперимент.

[vlasovzloy]

При перемещении одних часов относмтельно других время изменится. Смотрел умный ролик на ютюбе там все обьяснено. Никак не померить. Только туда обратно суммарную можно. Подождем запутанность разработают по нормальному чтоб можно было отправить корабль на подальше и луч пустить до него, тогда измерим. Вполне возможно что как некоторые говорят в одну сторону может мгновенно, а в другую в 2 раза медленее

[Martian]

а в какую мгновенно, направо или налево?

[vlasovzloy]

Против движения или по движению. Там не все так однозначео

[КРАМ]

vlasovzloy писал(а):

Смотрел умный ролик на ютюбе там все обьяснено.

Видимо он такой "умный".... Не надо двигать часы с релятивистской скоростью. И никуда время не уйдет. А если и уйдет, то при известной скорости может быть учтено.
На спутниках глобального позиционирования часы работают синхронно. Настолько синхронно, что на основе их значения и вычисляется позиционирование терминала. Десяток сантиметров на расстоянии от спутника 20 000 км. Точность определения задержки 20...30 нс при общей величине задержки порядка 70...100 мс.

[Martian]

20...30 нс... за это время свет преодолеет в среднем 7,5 метров

[КРАМ]

Martian писал(а):

7,5 метров

Но это же от ОДНОГО спутника. Комбинация спутников и накопление позволяют получить искомый дециметр.

[Martian]

да, это понятно. Я привел путь для наглядности, что такое пара десятков наносекунд. Очень маленький отрезок времени, хотя стал обычным для радиолюбителя.

[vlasovzloy]

Да как не понимаешь? Даже по проводам даже по радио сигналу будет сигнал идти с одной стороны дольше или быстрее, поэтому и никак не измерить. Только на квантово запутанных частицах если. Разнести их в две дальние точки и потом стрелять лучем и засекать