史上著名的物理實驗——邁克耳孫-莫雷實驗

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·封面說明·

史上著名的物理實驗——邁克耳孫-莫雷實驗

王濤孫建朋

(南京師范大學物理科學與技術學院，江蘇南京210023)

邁克耳孫(Albert A. Michelson，1852—1931)美國物理學家

19世紀流行著以太學說，物理學界普遍認為以太是傳播電磁波和光的媒介.在經典物理學理論中，將這種無處不在的以太看作絕對慣性系，只有在這個慣性系里，麥克斯韋方程組才能取標準形式，電磁波沿各個方向的傳播速度才能等于c，以太因此成為經典物理學賴以建立的絕對時空的物質框架.因此，尋找以太，用實驗去驗證以太的存在就成為許多科學家追求的目標.

邁克耳孫的首次實驗于1881年進行，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經折射與反射到達D時，存在時間差，存在明確的干涉條紋的移動個數，但實驗結果出乎邁克耳孫的意料，看到的條紋移動比預期值小，而且與地球的運動沒有確定的位相關系.于是邁克耳孫大膽推測：結果只能解釋為干涉條紋沒有位移，可見，靜止以太的假設是錯誤的.1887年邁克耳孫與莫雷(Edward Williams Morley)合作，再度進行“以太漂移速度”的測定，而得到的結果仍然是零，并將實驗報告發表在《美國科學雜志》上.

圖1

這一否定結果引起物理學界的震驚，讓人不得不認識到“以太風”根本不存在.實驗的結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原理，從而動搖了經典物理學基礎，成為近代物理學的一個發端.邁克耳孫和莫雷測定“以太漂移速度”的實驗雖然“失敗”了，但卻創造了一種精密度可達四億分之一的測長儀器.邁克耳孫因在“精密光學儀器和用這些儀器進行光譜學的基本量度”方面的成就，榮獲1907年諾貝爾物理學獎.