International Business Machines Watson Laboratory at Columbia University, New York, New York and C. H. Townes
Department of Physics, Columbia University, New York, New York (Received September 29, 1958)
34, 333 (1887).
| 1 | J. P. Cedarholm, G. F. Bland, and B. L. Havens
International Business Machines Watson Laboratory at Columbia University, New York, New York and C. H. Townes Department of Physics, Columbia University, New York, New York (Received September 29, 1958) | Дж.
П.Седархольм, Г. Ф. Бланд, Б. Л. Хавенс, (Ватсоновская
лаборатория International Business Machines в Колумбийском университете,
Нью-Йорк); Ч. Х. Таунс, (Физический факультет Колумбийского
университета, Нью-Йорк ). Получено 29 сентября 1958 г.
|
| 2 | {342} The relative frequency stability of two beam- type maser oscillators is used to test the dependence of the velocity of light on velocity of the frame of reference with considerably more precision than has been obtained from experiments of the Michelson-Morley [1] type. | Для проверки зависимости скорости света от скорости системы с точностью, значительно превышающей точность, полученную в экспериментах типа Майкельсона и Морли [1], была использована стабильность относительных частот осцилляторов двух мазеров на пучке молекул. |
| 3 | Expressed in terms of an ether, the maximum ether drift is shown to be less than 1/1000 of the earth’s orbital velocity. | В терминах эфира показано, что скорость эфирного ветра должна быть меньше 1/1000 орбитальной скорости Земли. |
| 4 | ||
| 5 | The experiment, which was performed at the Watson Laboratory, involves comparison of the frequencies of two masers [2] having their beams of NH3 molecules traveling in opposite directions. | Эксперимент, который был проведен в Ватсоновской лаборатории, включал в себя сравнение частот двух мазеров [2], направляющих излучение молекул NH3 в противоположные стороны. |
| 6 | Møller [3] has analyzed this case and given the change in frequency of a beam-type maser due to ether drift, assuming the molecules in the beam to have a velocity u with respect to the cavity through which they pass, and the cavity to have a velocity υ with respect to the ether. | Мёллер проанализировал этот случай [3] и определил изменение частоты пучкового мазера из-за наличия эфирного ветра, предполагая, что молекулы в пучке имеют скорость u относительно полости, через которую они пропускаются, и что эта полость имеет скорость υ относительно эфира. |
| 7 | The shift may be simply discussed by assuming that, if υ is zero, radiation is emitted perpendicularly to the molecular velocity so that there is no Doppler shift. | Сдвиг может быть просто рассмотрен, исходя из предположения, что если υ равна нулю, то излучение, направленное перпендикулярно к молекулярной скорости, не даст допплеровского смещения. |
| 8 | If the cavity and beam are then transported at velocity υ through the ether in a direction parallel to u, radiation must be emitted by the molecules slightly forward at an angle θ =π/2 –υ/c with respect to u. | Если полость и пучок затем перемещаются со скоростью υ сквозь эфир в направлении, параллельном u, излучение должно испускаться молекулами слегка вперед под углом θ =π/2 –υ/c по отношению к u. |
| 9 | The fractional change in frequency due to the Doppler effect is then ϵ = u/c cos θ or uυ/c2 due to motion through the ether, assuming that the proper molecular frequencies are unchanged by such motion. | Тогда некоторое изменение частоты вследствие допплеровского эффекта составит ϵ = u/c cos θ или uυ/c2 из-за движения через эфир, если полагать, что собственные частотные свойства молекул не меняются вследствие такого движения. |
| 10 | ||
| 11 | For a thermal molecular velocity of 0.6 km/sec and for the earth’s orbital velocity (30 km/sec), ϵ =2 × 10–10. | Для горячих молекул скорость составляет 0,6 км/с, а для орбитальной скорости Земли (30 км/с) ϵ =2 × 10–10. |
| 12 | The difference in frequency due to the above effect between two masers with oppositely directed beams would be 2ϵν, or about 10 cps for ν equal to 23 870 Mс/sec, the NH3 inversion frequency. | Разница в частотах из-за указанного эффекта между двумя мазерами с противоположно направленными пучками составит 2ϵν или около 10 Гц для ν, равной 23870 мГц, соответствующей молекулам NH3. |
| 13 | ||
| 14 | Although uυ/c2 is of second order in the velocities, it is of first order in the velocity of the cavity, or of the laboratory, with respect to the ether. | Хотя uυ/c2 есть величина второго порядка в скоростях, она является величиной первого порядка для скорости лаборатории или полости относительно эфира. |
| 15 | The present experiment measures the entire effect with a rather small fractional error, which affords a particularly small upper limit to υ since this quantity enters in first order, rather than in second order as in the Michelson–Morley experiment. | В данном эксперименте измерен полный эффект со значительно меньшей относительной ошибкой измерения, что дает особенно малый верхний предел υ из-за того, что эта величина имеет первый порядок, по сравнению со вторым порядком эксперимента Майкельсона–Морли. |
| 16 | A somewhat similar term would occur in the latter experiment if the interferometer used were transported by a plane of speed u, and interference fringes were compared for two opposite directions of flight. | Некоторые подобные условия могли бы встретиться в этом эксперименте, если бы использованный интерферометр перемещался в плоскости со скоростью u, а интерференционные полосы сравнивались для двух противоположных направлений полета. |
| 17 | ||
| 18 | Two maser oscillators with oppositely directed beams were mounted with necessary auxiliary equipment on a rack which could be rotated about a vertical axis. | Два мазерных излучателя с противоположно направленными пучками были смонтированы совместно с необходимым вспомогательным оборудованием на раме, которая могла вращаться вокруг вертикальной оси. |
| 19 | The beat frequency between the two oscillators was adjusted to about 20 cps and recorded continuously. | Биение частот двух генераторов составляло около 20 Гц и непрерывно регистрировалось. |
| 20 | After approximately one minute of recording with the maser axes oriented in an east-west direction, the apparatus was rotated 180° and the beat frequency recorded in the new position. | Приблизительно после одной минуты регистрации с осями мазеров, ориентированными в восточно–западном направлении, аппарат поворачивался на 180° и биение частот регистрировалось в новом направлении. |
| 21 | ||
| 22 | The change in beat frequency, on the basis of an ether drift, should be 4ϵν or about 20 cps. | Изменение биения частоты из-за наличия эфирного ветра должно составлять 4ϵν, или около 20 Гц. |
| 23 | Sixteen such comparisons were made during a period of about 20 minutes. | За время около 20 мин. было проделано 16 таких сравнений. |
| 24 | These were repeated about once per hour during a time somewhat longer than 12 hours, so that the earth’s rotation would sweep the east-west direction through a plane. | Это повторялось примерно каждый час в течение временного интервала более 12 ч. так, что вращение Земли должно было охватить восточно-западное направление на плоскости. |
| 25 | ||
| 26 | A relative change in frequency of the two oscillators amounting to about 1 cps was found when they were rotated through 180°. | Относительное изменение частоты двух генераторов величиной около 1 Гц было обнаружено при их поворотах на 180°. |
| 27 | This change is largely due to the earth’s magnetic field and other local magnetic fields from which no shielding was attempted. | Это
изменение в значительной степени является следствием влияния магнитного поля
Земли и других местных магнитных полей, от которых не было достаточной
защиты.
|
| 28 | The significant observation is that this change was independent of the time of day (or orientation of the earth), as indicated in Fig. 1. | Важным результатом оказалось то, что это изменение не зависело от времени суток (или ориентации Земли), как показано на рис. 1. |
| 29 | ||
| 30 |
|
|
| 31 | FIG. 1. | Рис. 1. |
| 32 | Diurnal variation of the change in relative frequency due to rotating two ammonia masers through 180° . | Суточные вариации изменений относительной частоты из-за поворота двух аммониевых мазеров на 180°. |
| 33 | Beams of the two masers were oppositely directed and in an east-west direction. | Пучки двух мазеров были направлены в противоположные стороны в восточно-западном направлении. |
| 34 | The change of about 1.08 cps is primarily due to local magnetic fields. | Изменения около 1,08 Гц в основном вызваны местными магнитными полями. |
| 35 | Maximum deviation from this value during the day is 1/50 cps. | Максимальное отклонение от этого значения в течение суток составляет 1/50 Гц. |
| 36 | Lengths of lines indicate probable errors computed from fluctuations of 16 measurements at each point. | Длины линий указывают значения вероятных ошибок, вычисленных из флуктуации 16 измерений в каждой точке |
| 37 | ||
| 38 | The first series of measurements was made during a week-day, when local magnetic fields and line voltages were varying. | Первые серии измерений были выполнены в будний день, когда местные магнитные поля и электрическое напряжение в линиях изменялись. |
| 39 | It showed some systematic variations in the effect measured as large as ± 1/20 cps during the day. | В течение суток были выявлены некоторые систематические вариации измеряемого эффекта в пределах ±1/20 Гц. |
| 40 | A second series of measurements, taken on a Saturday when local disturbances were less serious, showed no variation greater than ±1/50 cps as indicated in Fig. 1, and even these appear random and not simply correlated with time (or the earth’s orientation). | Вторая серия измерений в субботу, когда местные возмущения были менее сильными, показали вариации частоты не больше ±1/50 Гц, как показано на рис. 20.1, и даже они оказались случайными и не имели простой корреляции со временем (или с ориентацией Земли). |
| 41 | This precision corresponds to a comparison of frequencies of the two masers to one part in 1012. | Это точность соответствует сравнению частот мазеров в 1/1012. |
| 42 | The results show that any term of the form uυ/c2
must be smaller by a factor of at least 1000 than what would be predicted by
setting υ equal to the earth’s orbital velocity.
| Результаты показали, что какой-либо член uυ/c2 должен быть меньше, как минимум, в 1000 раз, чем то, что должно было бы быть при наличии скорости υ, равной орбитальной скорости Земли. |
| 43 | ||
| 44 | That is, velocity with respect to an ether in a plane perpendicular {343} to the earth’s axis must be less than 1/30 km/sec. | То есть, скорость по отношению к эфиру в плоскости, перпендикулярной к земной оси, должна быть меньше 1/30 км/с. |
| 45 | Results from experiments of the Michelson-Morley type vary from an ether drift of about 8 km/sec reported by Miller [4] to an upper limit of 1.5 km/sec given by the experiments of Joos [5]. | Результаты же экспериментов типа Майкельсона – Морли варьируются от скорости эфирного ветра примерно 8 км/с, о которой сообщал Миллер [4] до верхнего предела в 1,5 км/с, полученного в экспериментах Иооса [5]. |
| 46 | Of course a major part of the advantage of the present experiment is its first-order rather than second-order dependence on υ. | Конечно, основная часть преимущества настоящего эксперимента — первый порядок, по сравнению со вторым порядком зависимости от υ [в других экспериментах]. |
| 47 | ||
| 48 | Those who are already completely convinced of the correctness of special relativity, or who do not wish to consider an ether model, should note that postulates of special relativity are not necessarily inconsistent with the existence of a frequency shift in the above experiment or of an anisotropy in space. | Те, кто уже полностью убеждены в корректности специальной теории относительности или те, кто не желают рассматривать эфирную модель, должны были бы отметить, что постулаты специальной теории относительности не обязательно несовместимы с существованием смещения частот в вышеуказанном эксперименте или с анизотропией пространства. |
| 49 | These can result from the presence of matter external to the earth which is not uniformly distributed, or which is not moving with the earth’s velocity. | Это может быть результатом существования внешней по отношению к Земле материи, которая распределена неравномерно или которая не движется со скоростью Земли. |
| 50 | The preliminary results quoted here apply to September 20, 1958. | Предварительные результаты, изложенные здесь, получены 20 сентября 1958 г. |
| 51 | It is expected that the experiment will be refined further and that additional measurements will be made at other times during the year. | Ожидается, что эксперименты будут в дальнейшем усовершенствованы и что дополнительные измерения будут произведены в другие моменты времени в течение года. |
| 52 | ||
| 53 | [1] A. A. Michelson and E. W. Morley, Am. J. Sci.
34, 333 (1887). | [1] Michelson A.A., Morley E.W. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether // American Journal of Science, Vol.34. No. 203, P.333 (1887). |
| 54 | [2] Gordon, Zeiger, and Townes, Phys. Rev. 99, 1264 (1955). | [2] Gordon J.P., Zeiger H.J. Townes C.H. The Maser—New Type of Microwave Amplifier, Frequency Standard, and Spectrometer // Physical Review, Vol. 99. P. 1264 (1955). http://prola.aps.org/toc/PR/v99/i4 |
| 55 | [3] C. Møller, Suppl. Nuovo cimento 6, 381 (1957). | [3] Møller С. On the possibility of terrestrial test of the general theory of relativity // Nuovo Cimento, Vol.6. Supp. P.381 (1957). http://bit.ly/12FLUmL |
| 56 | [4] D. C. Miller, Revs. Modern Phys. 5, 203 (1933). | [4] Miller D.C. The Ether-Drift Experiment and the Determination of the Absolute Motion of the Earth // Reviews of Modern Physics Vol.5. P.203 (1933). |
| 57 | See also Shankland, McCuskey, Leone, and Kuerti, Revs. Modern Phys. 27, 167 (1955). | См. также Shankland R.S., McCuseey S.W., Leone F.C., Kuerti G. New Analysis of the Interferometer Observations of Dayton C. Miller // Reviews of Modern Physics, Vol.27. P.167 (1955) http://bit.ly/156jIvl |
| 58 | (дальнейшая дискуссия — James DeMeo, Ph.D. Dayton Miller's Ether-Drift Experiments: A Fresh Look // NPA 2000, Pulse of the Planet #5, 2002. http://www.orgonelab.org/miller.htm — Прим. ред.). | |
| 59 | [5] G. Joos, Ann. Physik 7, 385 (1930). | [5] Joos G. The Jena repetition of the Michelson experiment // Annalen der Physik Vol. 7. No 4, P. 385–407 (1930). http://bit.ly/12UbxBX |
Перевод: В.А.Ацюковский, сб. «Эфирный ветер», 1993
Редактирование: Р.Г.Чертанов, 27 мая 2013 г.
SVG-версия рисунка: 1.
Распознавание: FineReader 11.
