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·封面說(shuō)明·

史上著名的物理實(shí)驗(yàn)——邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)

王濤孫建朋

(南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京210023)

邁克耳孫(Albert A. Michelson，1852—1931)美國(guó)物理學(xué)家

19世紀(jì)流行著以太學(xué)說(shuō)，物理學(xué)界普遍認(rèn)為以太是傳播電磁波和光的媒介.在經(jīng)典物理學(xué)理論中，將這種無(wú)處不在的以太看作絕對(duì)慣性系，只有在這個(gè)慣性系里，麥克斯韋方程組才能取標(biāo)準(zhǔn)形式，電磁波沿各個(gè)方向的傳播速度才能等于c，以太因此成為經(jīng)典物理學(xué)賴以建立的絕對(duì)時(shí)空的物質(zhì)框架.因此，尋找以太，用實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證以太的存在就成為許多科學(xué)家追求的目標(biāo).

邁克耳孫的首次實(shí)驗(yàn)于1881年進(jìn)行，他選用了光的干涉方法.如圖1所示，若以太存在，則光束1和光束2經(jīng)折射與反射到達(dá)D時(shí)，存在時(shí)間差，存在明確的干涉條紋的移動(dòng)個(gè)數(shù)，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果出乎邁克耳孫的意料，看到的條紋移動(dòng)比預(yù)期值小，而且與地球的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有確定的位相關(guān)系.于是邁克耳孫大膽推測(cè)：結(jié)果只能解釋為干涉條紋沒(méi)有位移，可見(jiàn)，靜止以太的假設(shè)是錯(cuò)誤的.1887年邁克耳孫與莫雷(Edward Williams Morley)合作，再度進(jìn)行“以太漂移速度”的測(cè)定，而得到的結(jié)果仍然是零，并將實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)雜志》上.

圖1

這一否定結(jié)果引起物理學(xué)界的震驚，讓人不得不認(rèn)識(shí)到“以太風(fēng)”根本不存在.實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證明光速在不同慣性系和不同方向上都是相同的，由此確定了光速不變?cè)恚瑥亩鴦?dòng)搖了經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)，成為近代物理學(xué)的一個(gè)發(fā)端.邁克耳孫和莫雷測(cè)定“以太漂移速度”的實(shí)驗(yàn)雖然“失敗”了，但卻創(chuàng)造了一種精密度可達(dá)四億分之一的測(cè)長(zhǎng)儀器.邁克耳孫因在“精密光學(xué)儀器和用這些儀器進(jìn)行光譜學(xué)的基本量度”方面的成就，榮獲1907年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).