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什麼實驗證明相對論是錯誤的？

有一個很有名的實驗。

1933年，代頓米勒發表了一篇論文，總結了20多年的實驗工作。它被命名為“以太漂移實驗和地球絕對運動的測定”，並出現在《現代物理學評論》（原文在此，隨後在《自然》雜誌1934年再版）。

米勒在威爾遜山實驗室重複的本質上是邁克爾遜-莫利實驗，但用的可能是當時世界上最靈敏的干涉儀。他發現，隨著儀器的旋轉，他的干涉圖樣呈正弦變化，也就是說，它為光速的相對變化和愛因斯坦的一個基本假設的矛盾提供了證據。這是一個非常小的影響，迫使米勒假設以太在很大程度上是由地球“攜帶”的，但他確信以太就在那裡。

代頓·米勒是一位非常有成就和經驗的實驗家：他曾在1904年至1905年協助莫利跟進邁克爾遜·莫利的原始實驗（在這種情況下，他們也發現了一個無效的結果）。在他多年的工作中，以及在這篇論文發表後，他為自己的研究成果辯護，反對其他人。他知道他的研究結果不同於其他大量的實驗結果，但他認為這些結果大部分都不相關，因為它們不是在足夠高的高度上完成的，他認為以太“風”更強。他堅信他駁倒了愛因斯坦。

愛因斯坦對這個結果最感興趣，並且如果米勒的結果成立，他完全同意米勒的觀點，他的理論（SR和GR）將被證偽。

“如果肯定的結果[米勒的]被證實，那麼狹義相對論和廣義相對論，以其目前的形式，將是無效的。實驗總結審判。然而，只有慣性和引力的等價性存在，然而，它們將導致一個截然不同的理論。”

（愛因斯坦，1925年的一封信——請注意，即使是在米勒論文發表8年前，早期的研究結果就已經為人所知）

但愛因斯坦試探性地提出山頂上變化的溫度等因素可能起作用，使米勒感到沮喪。米勒對此大發雷霆，因為他覺得非實驗主義者愛因斯坦是在暗示他愚蠢到沒有考慮到溫度效應（當然，他已經標記了溫度讀數），他於是停止了與愛因斯坦的接觸。

溫度效應再次出現在羅伯特·桑克蘭（1955）對米勒工作的評論中，人們普遍認為這一評論否定了米勒的積極成果。事實上，桑克蘭並沒有提出一個令人信服的理由：他發現了溫度效應，但一旦這些效應被解釋清楚，大部分訊號仍然存在。桑克蘭不認為有必要強調這一點，他所說的結論是，溫度效應可能是整個訊號產生的原因。

在此後的幾年裡，米勒的研究結果一直被大量引用在文獻中。雖然負面結果繼續上升，並證實愛因斯坦，他的資料仍然是最明顯的積極的反對共識的異常存在。

不幸的是，他的結果在很大程度上被用來證實人們的偏見：那些想提出以太理論並與愛因斯坦作鬥爭的人把他的結果當作絕對真理，從不質疑它是如何與絕大多數其他實驗相矛盾的；而那些在物理學主流中的人則否定了結果是一種異常，認為沒有必要解釋米勒的錯誤。

但我們現在知道了。

2006年，托馬斯·羅伯茨對米勒原著和論文中的資料進行了分析，得出了令人信服的關於米勒實驗的結論。他掌握了米勒的原始資料讀數，發現米勒只粗略考慮了誤差範圍，用當時標準梳狀濾波器平均程式分析了資料並報告了結果。羅伯茨指出，儘管這是1920-30年代的標準程式，但隨著訊號處理技術的進步，這些程式的統計缺陷自20世紀50年代以來才被正確理解。

羅伯茨接著對米勒的原始讀數進行了分析，這將在今天任何類似的實驗資料上進行，並獲得了現代誤差條。它們看起來是這樣的（閉合的圓圈表示長的、穩定的執行，儀器的旋轉角度大於6圈，開放的圓圈小於6圈）。

正如這一再分析所表明的那樣，米勒的所有長時間、穩定的執行以及儀器的多次轉動都顯示出誤差範圍內的條紋位移。只有他的一些短的執行顯示出一些異常。不用說，這是非常可疑的：這些執行是米勒由於某種原因提前中止的（例如，隨後發現安裝和重新啟動的困難）。訊號只在這些執行中出現，在較長的執行中消失，很可能是這些困難的產物。

羅伯茨的結論值得一提，因為他非常尊重米勒，並相信米勒的行為是誠實的：

“代頓·米勒是他那個時代的囚犯。在20世紀20年代和30年代，數字訊號處理是未知的，所有這些實驗所使用的資料縮減演算法的嚴重缺陷都沒有被注意到。”

以上關於米勒分析和資料的討論，僅僅是將現在的標準技術應用到他相當古老的資料中。這篇論文並沒有突破任何新的領域，它只是解釋了一個長期存在的難題：像代頓米勒這樣有能力的人，怎麼能得到與其他實驗如此不一致的結果呢？——如上所述，他是每個實驗者夢魘的受害者，並且在不知不覺中看到了他系統流動統計上不重要的模式，這些模式模仿了真實訊號的出現。所以他的結果異常也就不足為奇了。

我們都是這個時代的囚犯。雖然本文給出了堅實可信的理由來拒絕米勒的結果，但試圖以今天的標準來評判他是不公平的。事實上，認識到他不可能知道自己研究結果中的這些缺陷，讓我們更加欽佩他在追求這些測量方面的奉獻精神和毅力。他認為資料越多越好的直覺是正確的，並允許對他的系統流動進行定量建模。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3. forbes- Loria