Een van de meest elementaire structurele aspecten van relativistische ruimtetijd is de beschrijving van hoe tijd en afstanden worden veranderd door beweging. De speciale relativiteitstheorie beschrijft een ruimtetijdraamwerk voor lineaire constante beweging waarin de tijd uitzet en lengtes samentrekken als reactie op beweging. Dit raamwerk wordt beschreven door de Lorentz-transformatie, die wiskundige formules omvat die beschrijven hoe tijd en afstand worden gewijzigd tussen bewegende referentieframes. De Lorentz-transformatie beschrijft ook hoe een stilstaande waarnemer de tijd in het bewegende frame ziet als gecompenseerd met afstand. De compensatie van tijd met afstand tussen referentieframes genereert differentiële gelijktijdigheid, waarin gebeurtenissen die gelijktijdig zijn voor één waarnemer niet gelijktijdig zullen zijn voor een tweede waarnemer die beweegt ten opzichte van de eerste waarnemer.

De aard van ruimtetijd in roterende frames is niet vastgesteld op het meest fundamentele niveau van het definiëren van de transformatie die de relativistische effecten en het gelijktijdigheidskader nauwkeurig beschrijft. Er zijn vier verschillende rotatie-relativistische transformaties in de literatuur:de Langevin-metriek; Post transformatie; Franklin-transformatie; en de absolute Lorentztransformatie (ALT) in zijn rotatievorm. Bepalen welke transformatie de experimentele gegevens nauwkeurig beschrijft, zou een indicatie kunnen zijn van het ruimtetijdraamwerk dat aanwezig is in echte roterende frames. Het begrijpen van deze fundamentele informatie is breed toepasbaar omdat de meerderheid van de zichtbare materie in het heelal in rotatiebeweging is, inclusief de draaiende aarde.

De meest geciteerde rotatietransformatie is de Langevin-metriek, die voor het eerst werd beschreven in 1921. In de loop van de decennia is de Langevin-metriek is gebruikt om relativiteit in roterende frames in honderden leerboeken en onderzoekspapers te beschrijven. Echter, de Langevin-metriek is nooit beoordeeld met experimentele gegevens die voldoende resolutie hebben om deze te onderscheiden van de andere grote rotatietransformaties.

De combinatie van relativistische effecten en gelijktijdigheidskader van een transformatie beïnvloedt hoe licht zich voortplant. De vier transformaties hebben verschillende voorspellingen voor de eenrichtingssnelheden van het roterende frame, tweerichtingssnelheid van het licht, en het Sagnac-effect. Deze studie leidt de optische voorspellingen voor elke transformatie rechtstreeks af van hun transformatievergelijkingen, met een aantal van de voorspellingen die niet eerder in de literatuur zijn vermeld. De voorspellingen worden vervolgens vergeleken met recente optische experimentele gegevens met hoge resolutie.

Optische resonatorgegevens over de tweerichtingssnelheid van het licht behoren tot de wetenschappelijke metingen met de hoogste resolutie, met resoluties van 10 ^-18 . Deze hoge resolutie is nodig om onderscheid te kunnen maken tussen de voorspellingen van de transformaties. De studie onthult dat ALT en de Franklin-transformatievoorspelling van de constante tweerichtingssnelheid van het licht, C, komt overeen met de optische resonatorgegevens, terwijl de Langevin-metrische en post-transformatievoorspellingen ongeldig worden gemaakt door de gegevens. Het falen van de Langevin-metrische en Post-transformatie om optische resonatorgegevens te matchen, blijkt te wijten te zijn aan het feit dat ze geen (of geen netto) lengtecontractie vertonen in het roterende frame. In tegenstelling tot, de ALT- en Franklin-transformaties vertonen lengtecontractie, waardoor hun nauwkeurige voorspellingen voor de tweerichtingssnelheid van het licht mogelijk zijn.

Gegevens over het Sagnac-effect, die een lagere resolutie van 10 . heeft ^-8 , is compatibel met de Sagnac-effectvoorspellingen van de Langevin-metriek, Na, en ALT-transformaties, maar onverenigbaar is met de Franklin-transformatie, die geen Sagnac-effect voorspelt. Het is aangetoond dat het falen van de Franklin-transformatie om een ​​duidelijk Sagnac-effect te genereren te wijten is aan de integratie van differentiële gelijktijdigheid. In tegenstelling tot, de andere drie transformaties bevatten absolute gelijktijdigheid waarin tijd niet wordt gecompenseerd met afstand, die openlijke Sagnac-effecten mogelijk maakt. Dus, ALT is de enige transformatie die het volledige scala aan relativistische optische gegevens nauwkeurig beschrijft.

Meerdere publicaties hebben mechanismen voorgesteld om differentiële gelijktijdigheid op te nemen in roterende frames om het genereren van een openlijk Sagnac-effect mogelijk te maken. Echter, deze mechanismen genereren alternatieve Sagnac-effectvergelijkingen. De studie toont aan dat deze alternatieve Sagnac-effectvergelijkingen tweerichtingssnelheden van licht impliceren die ongeldig worden verklaard door de optische resonatorgegevens met hoge resolutie. In tegenstelling tot, ALT voorspelt het conventionele Sagnac-effect, wat de constante tweerichtingssnelheid van het licht impliceert, C.

De studie toont aan dat de ALT-rotatietransformatie nauwkeurig zowel optische gegevens met hoge resolutie als niet-optische relativistische waarnemingen met roterende frames voorspelt. Deze analyse houdt in dat de ALT-rotatietransformatie het basisraamwerk van ruimtetijd in roterende frames beschrijft. Dit verduidelijkt dat ruimtetijd met een roterend frame wordt gekenmerkt door de relativistische effecten van tijddilatatie en lengtecontractie binnen een absoluut gelijktijdigheidskader waarin tijd niet wordt gecompenseerd met afstand.