Введение

Дейтон Кларенс Миллер (13 марта 1866 – 22 февраля 1941) – американский физик, астроном, акустик и талантливый флейтист-любитель. Один из первых исследователей рентгеновских лучей, Миллер был сторонником теории эфира и абсолютного пространства и противником теории относительности Альберта Эйнштейна. Родился в Огайо в семье Чарльза Вебстера Дьюи и Венны Померой Миллер, окончил Университет Болдуина в 1886 году и получил докторскую степень по астрономии в Принстонском университете под руководством Чарльза А. Янга в 1890 году. Всю свою карьеру Миллер преподавал физику в Школе прикладных наук Кейса в Кливленде, штат Огайо, возглавляя физический факультет с 1893 года до выхода на пенсию в 1936 году. После открытия рентгеновских лучей Вильгельмом Рентгеном в 1895 году, Миллер использовал катодные трубки, созданные Уильямом Круксом, для получения одних из первых фотографических изображений скрытых объектов, в том числе пули в конечности человека. Миллер активно участвовал в работе многих научных организаций, был членом Американской академии искусств и наук и Американского философского общества. В 1920-х годах он занимал должности секретаря, вице-президента и президента Американского физического общества, а также председателя отдела физических наук Национального исследовательского совета. Миллер был одним из основателей Американского акустического общества (ASA) и занимал пост президента ASA с 1931 по 1933 год.

Исследования эфира

В 1900 году он начал работать с Эдвардом Морли над обнаружением дрейфа эфира, в то время одной из "горячих" областей фундаментальной физики. Продолжая использовать базовую аппаратуру, как и в более раннем эксперименте Майкельсона — Морли, Миллер и Морли опубликовали еще один нулевой результат в 1904 году. Эти экспериментальные результаты позже были процитированы в поддержку теории относительности Альберта Эйнштейна. Миллер продолжал работу над совершенствованием своих экспериментальных методов после 1904 года, проводя миллионы измерений дрейфа эфира и в конечном итоге создав самый чувствительный интерферометр в мире на тот момент. Дейтон Миллер выполнил более 326 000 оборотов интерферометра, с 16 показаниями на каждый оборот (более 5 200 000 измерений). Они показали, что, по-видимому, существует небольшое количество дрейфа (около 9 км/с, 1/3 скорости Земли вокруг Солнца). Используя белый свет и плечи длиной 32 м, он почти всегда получал один и тот же результат: амплитуда сдвига составляла 0,12 ± 0,01 интерференционной полосы, что несовместимо с нулем. Фазовый сдвиг указывал на апекс в созвездии Золотой Рыбы. Анализ амплитуды предполагает сопротивление эфира. Но анализ фазы показывает, что Солнечная система движется к созвездию Золотой Рыбы со скоростью 227 км/с. Миллер представил эти результаты как положительное указание на существование дрейфа эфира. Однако эффект, замеченный Миллером, был очень мал — намного меньше, чем следовало бы ожидать для неподвижного эфира. Чтобы эти результаты соответствовали теории эфира, необходимо было предположить, что эфир увлекается Землей в гораздо большей степени, чем обычно предсказывали теории эфира. Такие высокие значения можно было исключить из-за других физических явлений, таких как звездная аберрация, которая устанавливает верхние пределы для величины увлечения. Кроме того, измерение статистически сильно отличалось от других измерений, проводившихся в то время. Во многих экспериментах наблюдались сдвиги интерференционных полос около 0,01, в то время как 0,08, полученные Миллером, нигде не были воспроизведены, включая собственные эксперименты Миллера с Морли в 1904 году, которые показали дрейф всего 0,015. Основываясь на анализе ошибок, критики Миллера утверждали, что он переоценил точность своих результатов и что его измерения на самом деле полностью согласуются с нулевой разницей в интерференционных полосах — нулевым результатом, который регистрировали все остальные эксперименты. Однако Миллер продолжал защищать свои результаты, утверждая, что вероятной причиной так называемых нулевых результатов было то, что они не проводились в высокогорных местах (например, на вершинах гор), где ветер эфира (дрейф) предположительно был намного сильнее из-за меньшего сопротивления эфира. В 1920-х годах было проведено несколько экспериментов, основанных как на интерферометрии, как в эксперименте Миллера, так и на других методах, и они также дали нулевой результат. Даже в то время работа Миллера все чаще рассматривалась как статистическая аномалия, и это мнение сохраняется и сегодня, учитывая постоянно растущий объем отрицательных результатов. Например, Георг Йоос повторил эксперимент Миллера, используя очень похожую установку (плечи его интерферометра были 21 м против 32 м в эксперименте Миллера) и получил результаты, которые были в 50 раз меньше, чем у Миллера (см. Эксперимент Майкельсона — Морли # Последующие эксперименты). Однако Миллер утверждал, что объяснение результатов экспериментов Георга Йооса заключается в том, что они были проведены на небольшой высоте внутри здания, где ветер эфира был очень слабым.

Анализ Шенкланда

В 1955 году Роберт С. Шенкленд, С. В. Маккаски, Ф. С. Леоне и Г. Куэрти провели повторный анализ результатов Миллера. Шенкленд, возглавлявший отчёт, отметил, что "сигнал", зафиксированный Миллером в 1933 году, на самом деле состоит из точек, представляющих собой среднее значение нескольких сотен измерений каждая, а величина сигнала более чем в 10 раз меньше разрешения, с которым проводились измерения. Извлечение Миллером единственного значения из этих измерений статистически невозможно, поскольку данные слишком изменчивы, чтобы утверждать, что "это" число лучше, чем "то" – с точки зрения Шенкланда, данные в равной степени подтверждают нулевой результат, как и положительный результат Миллера. Шенкленд заключил, что наблюдаемый Миллером сигнал был частично обусловлен статистическими флуктуациями и частично – локальными температурными условиями, а также предположил, что результаты Миллера были вызваны систематической ошибкой, а не обнаруженным существованием эфира. В частности, он полагал, что Миллер не уделил достаточного внимания предотвращению тепловых градиентов в помещении, где проводился эксперимент, поскольку, в отличие от большинства интерферометрических экспериментов, Миллер проводил свой эксперимент в комнате, где аппарат был намеренно частично открыт для воздействия внешних факторов. В анализе Шенкланда статистически значимого сигнала, указывающего на существование эфира, обнаружено не было. Шенкленд пришёл к выводу, что наблюдаемый Миллером сигнал был ложным, главным образом из-за неконтролируемых температурных эффектов, а не из-за обнаруженного существования эфира. Кроме того, некоторые современные учёные утверждают, что любой сигнал, зафиксированный Миллером, мог быть результатом эффекта экспериментатора, то есть предвзятости, вызванной стремлением экспериментатора получить определённый результат, что было распространённым источником систематических ошибок в статистическом анализе данных до разработки современных экспериментальных методов. (Этот эффект не был назван в раннем учебнике Миллера по экспериментальным техникам; см. Ginn & Company, 1903).

Другие усилия

Доктор Миллер опубликовал руководства, разработанные как практические пособия для студентов при выполнении экспериментальных задач по физике. В 1908 году интерес Миллера к акустике привел его к созданию аппарата для фотографической регистрации звуковых волн, получившего название фонодейк. Он использовал этот аппарат для сравнения форм волн, создаваемых флейтами, изготовленными из различных материалов. Во время Первой мировой войны Миллер по запросу правительства занимался изучением физических характеристик волн давления от крупнокалиберной артиллерии. Дэйтон Миллер был избран членом Национальной академии наук в 1921 году. С 1927 по 1930 год он являлся членом Национального исследовательского совета в Вашингтоне, округ Колумбия.