دايتون ميلر

في عام 1900، بدأ العمل مع إدوارد مورلي على رصد انجراف الأثير ، ^{[ 6 ]} الذي كان آنذاك أحد أبرز مجالات الفيزياء الأساسية . وباستخدام الجهاز الأساسي لتجربة ميكلسون-مورلي السابقة ، نشر ميلر ومورلي نتيجة سلبية أخرى في عام 1904. وقد استُشهد بهذه النتائج التجريبية لاحقًا لدعم نظرية النسبية لألبرت أينشتاين . وواصل ميلر العمل على تحسين تقنياته التجريبية بعد عام 1904، فأجرى ملايين القياسات على انجراف الأثير، ونجح في نهاية المطاف في تطوير أكثر أجهزة قياس التداخل حساسية في العالم آنذاك.

أجرى دايتون ميلر أكثر من 326,000 دورة لجهاز التداخل ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} ، مع 16 قراءة لكل دورة (أكثر من 5,200,000 قياس). وأظهرت هذه القياسات ما بدا أنه انحراف طفيف (حوالي 9  كم/ث، أي ثلث سرعة دوران الأرض حول الشمس). وباستخدام ضوء أبيض وأذرع بطول 32  مترًا، كان بإمكانه رؤية النتيجة نفسها تقريبًا في كل مرة.

• سعة إزاحة تبلغ 0.12 ± 0.01 هدب، وهو أمر غير متوافق مع الصفر.
• مرحلة تحول تشير إلى ذروة في كوكبة دورادو .

يشير تحليل السعة إلى وجود مقاومة من الأثير. لكن تحليل الطور يشير إلى أن النظام الشمسي يتجه نحو كوكبة دورادو بسرعة 227  كم/ث.

قدّم ميلر هذه النتائج كدليل إيجابي على وجود انجراف للأثير. مع ذلك، كان التأثير الذي لاحظه ميلر ضئيلاً للغاية، أصغر بكثير مما هو متوقع لأثير ثابت. ولكي تتوافق هذه النتائج مع وجود الأثير، كان لا بد من افتراض أن الأثير يُسحب مع الأرض بدرجة أكبر بكثير مما تتنبأ به نظريات الأثير عادةً. يمكن استبعاد هذه القيم المرتفعة بسبب ظواهر فيزيائية أخرى مثل الانحراف النجمي ، الذي يضع حدودًا عليا لمقدار السحب. علاوة على ذلك، كان القياس بعيدًا إحصائيًا عن أي قياسات أخرى أُجريت في ذلك الوقت. فقد لوحظت انزياحات في الأهداب تبلغ حوالي 0.01 في العديد من التجارب، بينما لم تتكرر قيمة ميلر البالغة 0.08 في أي مكان آخر، بما في ذلك تجارب ميلر نفسه عام 1904 مع مورلي، والتي أظهرت انجرافًا قدره 0.015 فقط.

استنادًا إلى تحليل الأخطاء، جادل منتقدو ميلر بأنه بالغ في تقدير دقة نتائجه، وأن قياساته كانت في الواقع متسقة تمامًا مع فرق هامشي يساوي صفرًا - وهي النتيجة الصفرية التي سجلتها جميع التجارب الأخرى. ومع ذلك، استمر ميلر في الدفاع عن نتائجه، مدعيًا أن السبب المحتمل لما يسمى بالنتائج الصفرية هو أنها لم تُجرَ في مواقع مرتفعة (مثل قمم الجبال)، حيث يُفترض أن رياح الأثير (الانجراف) كانت أعلى بكثير بسبب انخفاض مقاومة الأثير. ^{[ 12 ]}

أبدى آينشتاين اهتمامًا بنظرية انجراف الأثير، وأقرّ بأنّ نتيجة إيجابية لوجود الأثير من شأنها أن تُبطل نظرية النسبية الخاصة، لكنه علّق بأنّ تأثيرات الارتفاع ودرجات الحرارة قد تكون مصادر للخطأ في النتائج. وعلّق ميلر قائلًا: ^{[ 13 ]}

المشكلة مع البروفيسور أينشتاين أنه لا يعلم شيئًا عن نتائج بحثي. [...] كان عليه أن يُقدّر معرفتي بأن اختلاف درجات الحرارة سيؤثر على النتائج. لقد راسلني في نوفمبر/تشرين الثاني مُشيرًا إلى ذلك. لستُ ساذجًا لدرجة تجاهل تأثير درجة الحرارة.

لاحظ ميلر أن النتائج لم تُظهر قط تحولاً دورياً مرتبطاً بالتوقيت المدني (دورة الليل والنهار)، كما هو متوقع في حال وجود تأثير حراري قابل للقياس مرتبط بالتسخين الشمسي - فقد كان التحول الدوري مرتبطاً دائماً بالتوقيت الفلكي (أي النقطة التي يشير إليها الجهاز بين الأبراج)، والذي يحدث في أوقات مختلفة من النهار أو الليل تبعاً لفصول السنة. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

خلال عشرينيات القرن العشرين، أُجريت عدة تجارب، بعضها قائم على قياس التداخل ، كما في تجربة ميلر، والبعض الآخر باستخدام تقنيات مختلفة تمامًا، وقد أسفرت جميعها عن نتائج سلبية . حتى في ذلك الوقت، كان يُنظر إلى عمل ميلر على نحو متزايد على أنه شذوذ إحصائي، وهو رأي لا يزال قائمًا حتى اليوم ^{[ 16 ]،} نظرًا لتزايد عدد النتائج السلبية. على سبيل المثال، أعاد جورج جوس تجربة ميلر باستخدام إعداد مشابه جدًا (كان طول ذراعي مقياس التداخل لديه 21  مترًا مقابل 32  مترًا في تجربة ميلر) وحصل على نتائج تُعادل 1/50 من نتائج ميلر (انظر تجربة ميكلسون-مورلي#التجارب اللاحقة ). ومع ذلك، ادعى ميلر أن تفسير نتائج تجارب جورج جوس يكمن في إجرائها على ارتفاع منخفض داخل مبنى، حيث كانت رياح الأثير ضعيفة للغاية. ^{[ 12 ]} ومع ذلك، في الملخص النهائي لتجاربه المختلفة ^{[ 10 ]} ، يوافق ميلر على أن نتائج تجاربه لا تختلف سواء تم إجراء التجربة في كليفلاند أو على جبل ويلسون، مما يجعل حجة سحب الأثير إشكالية.

في عام ١٩٥٥، أجرى روبرت س. شانكلاند ، وإس دبليو مكوسكي، وإف سي ليون، وجي. كويرتي، إعادة تحليل لنتائج ميلر. لاحظ شانكلاند، الذي قاد التقرير، أن "الإشارة" التي رصدها ميلر عام ١٩٣٣ تتكون في الواقع من نقاط تمثل متوسط ​​مئات القياسات، وأن حجم الإشارة أصغر بأكثر من عشر مرات من دقة تسجيل القياسات. إن استخلاص ميلر لقيمة واحدة للقياس أمر مستحيل إحصائيًا، فالبيانات متغيرة للغاية بحيث لا يمكن الجزم بأن "هذا" الرقم أفضل من "ذاك" - فالبيانات، من وجهة نظر شانكلاند، تدعم نتيجة سلبية تمامًا كما تدعم نتيجة ميلر الإيجابية.

خلص شانكلاند إلى أن الإشارة التي رصدها ميلر كانت ناتجة جزئيًا عن تقلبات إحصائية وجزئيًا عن ظروف درجة الحرارة المحلية، كما أشار إلى أن نتائج ميلر كانت بسبب خطأ منهجي وليس نتيجة لوجود الأثير. وعلى وجه الخصوص، رأى أن ميلر لم يتخذ الاحتياطات الكافية للحماية من التدرجات الحرارية في الغرفة التي أُجريت فيها التجربة، إذ أنه، على عكس معظم تجارب قياس التداخل، أجرى ميلر تجربته في غرفة تُرك فيها الجهاز مكشوفًا للعوامل الجوية إلى حد ما.

في تحليل شانكلاند، لم يُعثر على أي إشارة ذات دلالة إحصائية لوجود الأثير. وخلص شانكلاند إلى أن الإشارة التي رصدها ميلر كانت زائفة، ويعود ذلك أساسًا إلى تأثيرات درجة الحرارة غير المنضبطة، وليس لوجود الأثير نفسه. إضافةً إلى ذلك، يرى بعض العلماء المعاصرين أن أي إشارة رصدها ميلر كانت نتيجة لتأثير المُجرِّب ، أي التحيز الناجم عن رغبة المُجرِّب في التوصل إلى نتيجة معينة، وهو ما كان مصدرًا شائعًا للخطأ المنهجي في التحليل الإحصائي للبيانات قبل تطوير التقنيات التجريبية الحديثة. (لم يُذكر هذا التأثير صراحةً في كتاب ميلر المبكر عن التقنيات التجريبية ؛ انظر جين وشركاه، 1903 ).

نشر الدكتور ميلر كتيبات مصممة لتكون بمثابة أدلة للطلاب حول كيفية حل المسائل التجريبية في الفيزياء. وفي عام ١٩٠٨، دفعه اهتمامه بعلم الصوتيات إلى تطوير جهاز لتسجيل الموجات الصوتية فوتوغرافيًا، أطلق عليه اسم " فونوديك" . استخدم ميلر هذا الجهاز لمقارنة أشكال الموجات الصادرة عن المزامير المصنوعة من مواد مختلفة. وخلال الحرب العالمية الأولى ، عمل ميلر على دراسة الخصائص الفيزيائية لموجات الضغط الناتجة عن المدافع الكبيرة بناءً على طلب الحكومة. انتُخب دايتون ميلر عضوًا في الأكاديمية الوطنية للعلوم عام ١٩٢١. وكان عضوًا في المجلس الوطني للبحوث في واشنطن العاصمة من عام ١٩٢٧ إلى عام ١٩٣٠. ^{[ ١٧ ]}