Эксперимент Кеннеди — Торндайка: проверка специальной теории относительности
Kennedy–Thorndike experiment
Эксперимент Кеннеди-Торндайка: проверка специальной теории относительности. Усовершенствованная версия опыта Майкельсона-Морли, подтверждающая независимость скорости света и замедление времени.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Модифицированная форма эксперимента Майкельсона-Морли, проверяющая специальную теорию относительности.
Modified form of the Michelson–Morley experiment, testing special relativity
Эксперимент Кеннеди-Торндайка, впервые проведенный в 1932 году Роем Дж. Кеннеди и Эдвардом М. Торндайком, является модифицированной формой экспериментальной процедуры Майкельсона-Морли, проверяющей специальную теорию относительности. Модификация заключается в том, чтобы сделать одно плечо классического интерферометра Майкельсона-Морли (MM) короче другого. В то время как эксперимент Майкельсона-Морли показал, что скорость света не зависит от ориентации прибора, эксперимент Кеннеди-Торндайка показал, что она также не зависит от скорости прибора в различных инерциальных системах отсчета. Он также служил тестом для косвенной проверки замедления времени – в то время как отрицательный результат эксперимента Майкельсона-Морли можно объяснить только сокращением длины, отрицательный результат эксперимента Кеннеди-Торндайка требует замедления времени в дополнение к сокращению длины, чтобы объяснить, почему не будет обнаружено сдвигов фаз при движении Земли вокруг Солнца. Первое прямое подтверждение замедления времени было получено в эксперименте Ивса-Стилвелла. Комбинируя результаты этих трех экспериментов, можно вывести полное преобразование Лоренца. Усовершенствованные варианты эксперимента Кеннеди-Торндайка были проведены с использованием оптических резонаторов или лазерной локации Луны. Общий обзор тестов на инвариантность Лоренца см. в статье «Тесты специальной теории относительности».
The Kennedy–Thorndike experiment, first conducted in 1932 by Roy J. Kennedy and Edward M. Thorndike, is a modified form of the Michelson–Morley experimental procedure, testing special relativity. The modification is to make one arm of the classical Michelson–Morley (MM) apparatus shorter than the other one. While the Michelson–Morley experiment showed that the speed of light is independent of the orientation of the apparatus, the Kennedy–Thorndike experiment showed that it is also independent of the velocity of the apparatus in different inertial frames. It also served as a test to indirectly verify time dilation – while the negative result of the Michelson–Morley experiment can be explained by length contraction alone, the negative result of the Kennedy–Thorndike experiment requires time dilation in addition to length contraction to explain why no phase shifts will be detected while the Earth moves around the Sun. The first direct confirmation of time dilation was achieved by the Ives–Stilwell experiment. Combining the results of those three experiments, the complete Lorentz transformation can be derived. Improved variants of the Kennedy–Thorndike experiment have been conducted using optical cavities or Lunar Laser Ranging. For a general overview of tests of Lorentz invariance, see Tests of special relativity.
Лассовый лунный дальнозор
В дополнение к наземным измерениям, эксперименты Кеннеди — Торндайка были проведены Мюллером и Соффелем (1995) и Мюллером с соавторами (1999) с использованием данных лунного лазерного дальномерения, в которых расстояние от Земли до Луны оценивается с точностью до сантиметров. Если существует предпочтительная система отсчета и скорость света зависит от скорости наблюдателя, то в измерениях расстояния от Земли до Луны должны наблюдаться аномальные колебания. Поскольку замедление времени уже подтверждено с высокой точностью, обнаружение таких колебаний продемонстрировало бы зависимость скорости света от скорости наблюдателя, а также зависимость сокращения длины от направления. Однако в обоих исследованиях таких колебаний обнаружено не было, при этом среднеквадратичное отклонение скорости было ограничено величиной ~10−5, что сопоставимо с ограничениями, установленными Хилсом и Холлом (1990). Следовательно, и сокращение длины, и замедление времени должны соответствовать значениям, предсказанным теорией относительности.
In addition to terrestrial measurements, Kennedy–Thorndike experiments were carried out by Müller & Soffel (1995) and Müller et al. (1999) using Lunar Laser Ranging data, in which the Earth Moon distance is evaluated to an accuracy of centimeters. If there is a preferred frame of reference and the speed of light depends on the observer's velocity, then anomalous oscillations should be observable in the Earth Moon distance measurements. Since time dilation is already confirmed to high precision, the observance of such oscillations would demonstrate dependence of the speed of light on the observer’s velocity, as well as direction dependence of length contraction. However, no such oscillations were observed in either study, with a RMS velocity bound of ~10−5, comparable to the bounds set by Hils and Hall (1990). Hence both length contraction and time dilation must have the values predicted by relativity.