Interferómetros y el movimiento de la Tierra en relación con el Éter

Las réplicas modernas del experimento de Michelson-Morley sí usan cavidades de Fabry-Pérot en cada brazo, exactamente de la manera que usted describe. Consulte el título "Experimentos recientes con resonadores ópticos" en la página de wikipedia del interferómetro de Michelson-Morley . Exactamente como usted razona, la sensibilidad aumenta, a través de resonancia óptica, por un factor de$F$, la delicadeza de la cavidad. Estos experimentos modernos alcanzan límites asombrosos en la velocidad del supuesto viento Éter. Como se indica en la página Wiki:

Hermann, S.; Senger, A.; Möhle, K.; Nagel, M.; Kovalchuk, EV; Peters, A., "Experimento de cavidad óptica giratoria que prueba la invariancia de Lorentz en el$10^{−17}$nivel", Phys. Rev. D 80 #100, 2009

muestra que la diferencia entre la velocidad de la luz en los dos brazos cumple$\frac{\Delta\,c}{c}\leq 10^{-17}$. Estos interferómetros son versiones pequeñas del tipo de dispositivo utilizado en la detección de ondas gravitacionales.

La razón por la que Michelson y Morley no lo hicieron de esta manera es simplemente practicidad, como señala Dmckee . Si desea aumentar la sensibilidad de su interferómetro a la resonancia de fase, como en un interferómetro Fabry-Pérot, debe asegurarse de que la cavidad permanezca en la longitud exacta donde ocurre la resonancia. La sensibilidad cae rápidamente si la tensión de la cavidad (por cambios de temperatura, vibración, etc.) a medida que se aleja de la resonancia. La alta sensibilidad de la cavidad amplifica el ruido de fase exactamente como lo hace con la señal, por lo que debido a muchas limitaciones del experimento, el método no le ayudará. En muchos casos, la resonancia es simplemente como usar un amplificador para amplificar una señal ruidosa.

Para que la resonancia funcione correctamente para usted en un experimento MM, esto implica una tecnología extremadamente alta para suprimir el ruido de fase. Una fuente importante de ruido es la fluctuación de la cavidad del láser fuente, si va a usar un láser, entonces se usan fuentes criogénicas. en aplicaciones como estas. El hecho de que el interferómetro deba girar es un gran problema potencial: debe encontrar rodamientos que no vibren. Michelson y Morley usaron una piscina de mercurio, pero una vez que introduces la resonancia, ¡los requisitos se disparan!

El interferómetro de Michelson es óptimo para muchas aplicaciones similares al experimento MM por la razón que exploro en mi artículo:

RWC Vance y R. Barrow, "Interferómetros diferenciales lineales generales", J. Opt. Soc. Amer. A , 12 #2, págs. 346-352, 1995

Es decir, el interferómetro de Michelson es el interferómetro de mayor sensibilidad cuya intensidad de salida es una función diferencial pura de las longitudes de los dos brazos. Esto significa que cualquier efecto que afecte a los brazos por igual (vibración a gran escala, cambio de temperatura, etc.) se cancela en un dispositivo de este tipo. Demuestro en este trabajo que es imposible tener una función diferencial global de fase y exceder la sensibilidad del interferómetro de Michelson.

El dispositivo de Michelson realiza una comparación continua y luego puede ver el cambio de comparación, pero esa no es la diferencia crucial, que es que un interferómetro de Michelson se puede hacer grande más fácilmente .

El tamaño del dispositivo es importante porque el efecto (esperado) es relativo (depende de$v^2/c^2$), pero los interferómetros son sensibles a las diferencias de ruta absolutas (es decir, desea un cambio de al menos 1/4 de longitud de onda a medida que gira el dispositivo). Michelson se vio obligado a usar luz visible, por lo que la longitud de onda se fijó aproximadamente y eso más la velocidad que está buscando (alrededor de 30 km / s si asume un éter fijo en el sol) establece el tamaño del dispositivo que necesita.

El experimento de Michelson-Morley usó 11 metros de camino óptico en cada brazo.

Intente construir un dispositivo Fabry-Perot de ese tamaño. Me imagino que se podría hacer hoy, pero ¿en los albores del siglo XX?