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迈克尔逊莫雷实验——物理学的第一朵乌云

大家有听说过迈克尔逊莫雷实验吗?今天科学高分网的小编就给大家讲讲这到底是一个怎样的实验。感兴趣的同学们一起来看看吧。

迈克尔逊莫雷实验

以太理论

“以太”的提出,是为了解释光在真空中以及在高速的空间中都能传播这一事实。当时,认为光必须有一个载体才能传播,而这种载体当光在真空中传播时更显得必要

为了解释真空不空,笛卡儿于17世纪第一个提出了“以太”的假说,并把“以太”描述为:以太是充满整个空间的一种物质。真空中没有空气,但却有这种无所不入的“以太”。

19世纪上半叶,当光具有波动性被大多数物理学家承认时,以太假说又获得了新的支持,于是,19世纪末的物理学界,牢固地确立了一种思想,认为有一种到处存在的、能穿透一切的介质,并充满所有物质的内部和它们之间的空间,它的作用是作为光传播的基础。

惠更斯把它叫做以太(光以太),后来又被叫做法拉第管(电磁以太),被认为是引起带电体和磁化物之间相互作用的原因。麦克斯韦的工作使这两种假想的介质统一起来了。他指出光是传播的电磁波,并建立了一个优美的数学理论,把所有涉及光、电和磁的现象结合在一起,光以太也就是电磁以太。这时,“以太”的存在似乎无可置疑了。

迈克尔逊-莫雷实验

1881年(爱因斯坦当时才8岁),迈克尔逊(1852~1931)设计了一个精密的仪器,即后来的迈克尔逊干涉仪。仪器装置如图所示,A是半镀银镜,B和C是两个反射镜,且AC=AB=L,光从S出发,经A分为两束,再经B和C反射后到达T处。当两个光速有一定光程差时,即在T处出现干涉条纹。为了保持仪器的水平,迈克尔逊把仪器放在水银槽上。

物理学的第一朵乌云:迈克尔逊莫雷实验
迈克尔逊认为,如果以太是静止不动的,则由于地球在其轨道上饶太阳转动的速度大约是30公里/秒,因此应当有以太风刮过地球表面。如果把仪器转动90度,观察转动前后干涉条纹的变化,必然会出现条纹的移动,移动的数值由前后两个位置中两束光的时间差决定。

当时估计应有0.4个条纹的移动,但实验结果却只有0.01个条纹的移动,这一微小的数值可以理解为由实验中的误差所引起的,于是只能得出以太被地球完全拖动,或者根本不存在以太的结论。六年之后,即1887年,迈克尔逊和莫雷(1838-1923)合作,对原有仪器作了进—步改进,又重复进行了实验,但实验仍然得出“零结果”。

实验“零结果”

实验的“零结果”否定了绝对静止坐标系的存在,同时对以太是否存在也提出了怀疑。这个结果是迈克尔逊所不愿得出的。他曾说过:想不到他的实验竟引导出一个怪物(指相对论)。实验的零结果使物理学界感到震惊,也被汤姆逊说成是经典物理学上空的“一朵乌云”,因此引导不少物理学家在不同时间(春、夏、秋、冬)、不同地点(地下室、棚屋、高空)重复类似的实验,历时50年之久。但实验都得出了同样的结果。

迈克尔逊实验的“零结果”,是建立相对论的前奏。迈克尔逊由于这方面的贡献,荣获1907年诺贝尔物理学奖。

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