레일리-브레이스 실험

레일리-브레이스 실험 (Experiments of Rayleigh and Brace, 1902, 1904)은 길이 수축이 복굴절로 이어지는지 여부를 보여주기 위한 것이었다. 이 실험은 지구의 상대 운동과 v/c의 2차 크기를 감지할 수 있을 만큼 충분히 정확한 발광 에테르를 측정하는 최초의 광학 실험 중 일부였다. 결과는 부정적이었고, 이는 로렌츠 변환의 발전과 결과적으로 상대성 이론의 발전에 매우 중요했다. 특수 상대성 시험 기사도 참조.

 실험 
마이켈슨-몰리 실험의 부정적인 결과를 설명하기 위해 조지 피츠제럴드 (1889)와 헨드릭 로렌츠 (1892)는 고정된 에테르를 통해 움직이는 동안 물체가 수축된다는 수축 가설을 도입했다.

레일리 경 (1902)은 이 수축을 재료의 광학적 비등방성으로 이어지는 기계적 압축으로 해석하여 서로 다른 굴절률에 의하여 복굴절이 유발될 수 있도록 했다. 이 효과를 측정하기 위해 그는 길이 회전식 테이블에 76 cm의 튜브를 설치했다. 이 관은 끝이 유리로 막혀 있었고, 중황화탄소 또는 물로 채워져 있었고, 액체는 두 개의 니콜 프리즘 사이에 있었다. 액체를 통해 빛(전기 램프와 더 중요하게는 각광(limelight) 에 의해 생성됨)이 이리저리 전송되었다. 실험은  반파장의 지연 즉  차수의 지연을 측정하기에 충분히 정확했다. 지구 운동에 대한 상대적인 방향에 따라, 복굴절로 인한 예상 지연은 10-8 차수 정도였으며, 이는 실험의 정확도 내에 있었다. 따라서 마이켈슨-몰리 실험과 트라우턴-노블 실험 이외에 v/c의 2차 차수의 크기를 감지할 수 있는 몇 안 되는 실험 중 하나였다. 그러나 결과는 완전히 부정적이었다. 레일리는 유리판 층으로 실험을 반복했지만(정밀도는 100배 감소했지만) 다시 부정적인 결과를 얻었다.

그러나 이러한 실험은 드윗 브리스톨 브레이스 (1904)에 의해 비판을 받았다. 그는 레일리가 수축의 결과( 10-8 대신에 0.5 ×10-8 )와 굴절률을 제대로 고려하지 않았기 때문에 결과가 결정적이지 않다고 주장했다. 따라서 브레이스는 훨씬 더 정밀한 실험을 수행했다. 그는 길이가 4.13 m, 폭이 15 cm, 깊이 27 cm이고 물로 채워져 있고 (실험에 따라) 수직 또는 수평 축을 중심으로 회전할 수 있는 장치를 사용했다. 태양광은 렌즈, 거울 및 반사 프리즘 시스템을 통해 물 속으로 향하여 7번 반사되어 28.5 m를 진행하도록 하였다. 이러한 방식으로, 7.8×10-13 차수의 지연이 관찰 가능했다. 그러나 브레이스도 부정적인 결과를 얻었다. 물 대신 유리를 사용한 또 다른 실험 장치(정밀도:  ×10-11 )에서도 복굴절의 징후가 나타나지 않았다.
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복굴절의 부재는 처음에 브레이스에 의해 길이 수축에 대한 반박으로 해석되었다. 그러나 로렌츠 (1904)와 조지프 라모어 (1904)는 수축 가설이 유지되고 완전한 로렌츠 변환이 사용되면(즉, 시간 변환 포함) 부정적인 결과가 설명될 수 있음을 보여주었다. 게다가 알베르트 아인슈타인의 특수 상대성 이론(1905)에서처럼 상대성 원리가 처음부터 유효한 것으로 간주된다면 그 결과는 매우 분명한데, 이는 균등하게 이동하는 관측자는 자기 자신이 정지해 있는 것으로 고려하고, 따라서 결과적으로 자신의 움직임에 따른 효과를 경험하지 않게 되기 때문이다.  따라서 길이 수축은 움직이는 관찰자에 의해 측정될 수 없으며, 움직이지 않는 관찰자에 대한 시간 팽창으로 보완되어야 하며, 이는 이후에 트라우턴-랜카인 실험 (1908)과 케네디-손다이크 실험 (1932)에서도 확인되었다.

 같이 보기 
 특수 상대성 이론의 역사

 주요 자료 

 보조 자료 

분류:특수상대론 실험