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相对论史话之三——寻找以太失败了?

(2009-06-24 10:41:09)
标签:

相对论史话

迈克耳孙

绝对静止

以太

两朵乌云

it

分类: 相对论史话

现在,随便走进任何一所大学的物理实验室,都可以看到迈克耳孙-莫雷实验,这个实验已经成为物理专业本科生的必修实验。但在100多年前,这个实验被设计来测量地球相对于绝对静止参考系的速度。

迈克耳孙,美国物理学家,1852年生于波兰,后随全家移居美国。迈克耳孙以毕生精力从事光速的精密测量,曾任芝加哥大学第一任物理系主任、美国科学院院长,并于1907年获得了诺贝尔物理学奖。

相对论史话之三——寻找以太失败了?

阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊

 

1879年,麦克斯韦写信给美国航海年历局的托德讨论测定地球相对于绝对静止参考系的速度的问题。信中提到,地球上所有测定光速的方法,由于精度所限,都不足以检验地球相对于绝对静止参考系的速度。这封信被迈克耳孙看到,激起了他从事这类实验的热情。为了提高测量精度,在柏林期间,他设计了一种干涉仪来测定地球相对于绝对静止参考系的运动。

相对论史话之三——寻找以太失败了?

 

实验原理如图所示,同一光源发出的光线经过半透半反镜P变为两束,两束光线分别被两块镜子反射,出来的光线汇聚到显微镜T并形成干涉条纹。通过测量上图中两条光线的光程差,就可以测量出实验所在地相对于绝对静止参考系的速度。当实验装置转动时,在显微镜T中可以看到干涉条纹的变化,通过这一变化,可以计算出两条光线的光程差,从而测出速度。

1881年,迈克耳孙第一次做了这个实验,但当实验装置转动时,他没有观察到干涉条纹有任何变化。1884年,著名物理学家开尔文和瑞利访美,鼓励迈克耳孙提高精度重做这个实验。于是迈克耳孙同精通物理学和数学的化学家莫雷合作,改进实验装置,于1887年重复了这个实验,但仍未发现条纹有任何变化。以后又陆续有不少实验物理学家在不同的时间、不同的地点重复了这个实验,但都没有看到条纹的变化。

迈克耳孙-莫雷实验对当时的理论冲击极大。1900年,著名物理学家开尔文勋爵在英国皇家学会展望新世纪的年会上发表演讲时讲到:“物理学的大厦已经建成,未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。只是明朗的天空中还有两朵乌云,一朵与黑体辐射有关,另一朵与迈克耳孙-莫雷实验有关。”我们知道,在这两朵乌云中,分别降生了量子论和相对论,彻底颠覆了经典物理的思想和体系。可见迈克耳孙-莫雷实验在物理学历史上的地位。

 

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