邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)（物理學(xué)實(shí)驗(yàn)）

邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)（物理學(xué)實(shí)驗(yàn)）

邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn) （物理學(xué)實(shí)驗(yàn)） 次瀏覽 | 2022.09.22 10:03:48 更新 來源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)

邁克爾遜－莫雷實(shí)驗(yàn)(Michelson-Morley Experiment)，是1887年邁克爾遜和莫雷在德國做的用邁克爾遜干涉儀測量兩垂直光的光速差值的一項(xiàng)著名的物理實(shí)驗(yàn)。但結(jié)果證明光速在不同慣性系和不同方向上都是相同的，由此否認(rèn)了以太（絕對靜止參考系）的存在，從而動(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，在物理學(xué)發(fā)展史上占有十分重要的地位。

中文名

邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)

外文名

Michelson-Morley Experiment

別名

邁克耳孫－莫雷實(shí)驗(yàn)

提出者

邁克爾遜-莫雷

性質(zhì)

物理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)時(shí)間

1887年

結(jié)果

揭示了光速不變

地位

近代物理學(xué)的一個(gè)發(fā)端

基本內(nèi)容

一種用邁克爾遜干涉儀測量兩垂直光在同一方向上光速差值的實(shí)驗(yàn)。但結(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原理。

根據(jù)伽利略變換，光速應(yīng)該與其所在的參照系有關(guān)，這一結(jié)果表明伽利略變換并不適用于高速運(yùn)動(dòng)的光子，洛倫茲由此提出洛倫茲變換來解決這一問題。

雖然愛因斯坦只是將洛倫茲變換引入狹義相對論，但是他系統(tǒng)性地提出了一個(gè)全新的物理理論，并劃時(shí)代地提出時(shí)間相對性的概念，因此人們最終將這一功績歸功于愛因斯坦。

但是狹義相對論也有問題，愛因斯坦本人也始終未能解釋孿生子佯謬。[1]

實(shí)驗(yàn)介紹

既然存在以太，則當(dāng)?shù)厍虼┻^以太繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)，在地球通過以太運(yùn)動(dòng)的方向測量的光速（當(dāng)我們對光源運(yùn)動(dòng)時(shí)）應(yīng)該大于在與運(yùn)動(dòng)垂直方向測量的光速（當(dāng)我們不對光源運(yùn)動(dòng)時(shí)）。

1887年，阿爾貝特·麥克爾遜（后來成為美國第一個(gè)物理諾貝爾獎(jiǎng)獲得者）和愛德華·莫雷在克里夫蘭的卡思應(yīng)用科學(xué)學(xué)校進(jìn)行了非常仔細(xì)的實(shí)驗(yàn)。目的是測量地球在以太中的速度(即以太風(fēng)的速度)。

如果以太存在，且光速在以太中的傳播服從伽利略速度疊加原理：假設(shè)以太相對于太陽靜止，實(shí)驗(yàn)坐標(biāo)系相對于以太以公轉(zhuǎn)軌道速度u沿光線2的方向傳播， 由于光在不同的方向相對地球的速度不同，達(dá)到眼睛的光程差不同，產(chǎn)生干涉條紋。

從鏡子M反射，光線1的傳播方向在MA方向上，光的絕對傳播速度為c，地球相對以太的速度為υ，光線1完成來回路程的時(shí)間為2d/C，光線2在到達(dá)M2和從M2返回的傳播速度為不同的，分別為C+υ和C－υ，完成往返路程所需時(shí)間為：d/(C+u)+d/(C-u).光線2和光線1到達(dá)眼睛的光程差為：c[d/(C+u)+d/(C-u)-2d/C]=2du^2/(C^2-u^2)

干涉儀整體可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的過程中，以太速度方向與實(shí)驗(yàn)參考系中光線2的夾角改變，從而使得速度分量u改變，旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，光線1和2交換了狀態(tài)，光程差可以增加一倍：ΔL=4du^2/(C^2-u^2)≈4du^2/C^2。

移動(dòng)的條紋數(shù)為ΔL/λ。實(shí)驗(yàn)中用鈉光源，λ=5.9×10^－7m；地球的公轉(zhuǎn)軌道運(yùn)動(dòng)速率為：υ≈10^－4C；干涉儀靜止參考系下的光程2d=11m，應(yīng)該移動(dòng)的條紋為：ΔN=2×11×(10^－4)/λ=0.37干涉儀的靈敏度，可觀察到的條紋數(shù)為0.01條。

但實(shí)驗(yàn)結(jié)果是幾乎沒有條紋移動(dòng)。因此以太存在且光速滿足伽利略速度疊加的前提是錯(cuò)誤的。結(jié)論是要么是以太不存在，光速相對于任何參考系的速度都一樣，因此旋轉(zhuǎn)邁克爾遜干涉儀時(shí)光線1和2不存在時(shí)間差。要么是以太存在但是光速不滿足伽利略速度疊加。

在1887年到1905年之間，人們曾經(jīng)好幾次企圖去解釋麥克爾遜——莫雷實(shí)驗(yàn)。最著名者為荷蘭物理學(xué)家亨得利克·洛倫茲，他是依據(jù)以太存在，但是伽利略速度疊加原理需要修改，從而引進(jìn)了洛倫茲變變換。

然而，一位迄至當(dāng)時(shí)還不知名的瑞士專利局的職員阿爾貝特·愛因斯坦，在1905年發(fā)表的一篇著名的論文中指出，只要人們愿意拋棄絕對時(shí)間的觀念的話，整個(gè)以太的觀念就是多余的。

幾個(gè)星期之后，一位法國最重要的數(shù)學(xué)家亨利·彭加勒也提出類似的觀點(diǎn)。愛因斯坦的論證比彭加勒的論證更接近物理，因?yàn)楹笳邔⒋丝紤]為數(shù)學(xué)問題。通常這個(gè)新理論是歸功于愛因斯坦，但彭加勒的確在其中起了重要的作用。

該實(shí)驗(yàn)讓世界上的人們拋棄了以太的存在，在物理學(xué)發(fā)展史上是重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。愛因斯坦的相對論是一種數(shù)學(xué)上的等效解決方法。------但是該實(shí)驗(yàn)的計(jì)算過程忽略了物體在以太中運(yùn)動(dòng)會變形，觀測臂是由電磁力相互作用的原子分子組成，既然光是電磁波，光產(chǎn)生行程差。

觀測臂內(nèi)的原子間的電磁作用力也會產(chǎn)生行程差，也即觀測臂內(nèi)部的原子不再是維持原來說的形狀。觀測臂的整體長度也會產(chǎn)生相等于光行程差的相應(yīng)變化。

所以永遠(yuǎn)也別想看到條紋移動(dòng)，相對論說是空間扭曲。其實(shí)整個(gè)實(shí)驗(yàn)是一種像刻舟求劍的錯(cuò)誤方法。世界上的作用力幾乎無不間接通過以太傳播。以太密度的變化和運(yùn)動(dòng)讓整個(gè)世界的運(yùn)動(dòng)和作用力相應(yīng)變化。時(shí)空扭曲是等效的數(shù)學(xué)方法。而不是真實(shí)情況。

電磁波是橫波，并且是真空中唯一一種可以傳播的波動(dòng)，說明了真空是一種剛性粒子組成的高彈性流體。不同于空氣。液體內(nèi)部是彈性非剛性粒子 。所以，液體，空氣中橫波無法傳遞的。

原子科學(xué)上的發(fā)展可以讓計(jì)算機(jī)用原子科學(xué)來計(jì)算模擬物質(zhì)的性質(zhì)，甚至模擬研究生命內(nèi)部的分子運(yùn)動(dòng)。為生命科學(xué)注入全新活力。而相對論使多原子體系能級的求解陷入了絕境。如果忽略了真空的存在，微觀原子科學(xué)無疑會陷入絕境。

實(shí)驗(yàn)再驗(yàn)證

1893年洛奇在倫敦發(fā)現(xiàn)，光通過兩塊快速轉(zhuǎn)動(dòng)的巨大鋼盤時(shí)，速度并不改變，表明鋼盤并不把以太帶著轉(zhuǎn)。對恒星光行差的觀測也顯示以太并不隨著地球轉(zhuǎn)動(dòng)。

人們在不同地點(diǎn)、不同時(shí)間多次重復(fù)了邁克爾遜－莫雷實(shí)驗(yàn)，并且應(yīng)用各種手段對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，精度不斷提高。除光學(xué)方法外，還有使用其他技術(shù)進(jìn)行的類似實(shí)驗(yàn)。如1958年利用兩個(gè)氨微波激射器所做的實(shí)驗(yàn)

（實(shí)驗(yàn)原理與穆斯堡爾效應(yīng)相同）得到地球相對以太的速度上限是3×10-2km/s，1970年利用穆斯堡爾效應(yīng)所做的實(shí)驗(yàn)得到此速度的上限只有5×10-5km/s。綜合各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，人們基本可以判定地球不存在相對以太的運(yùn)動(dòng)。

參考資料