物理学史上的迈克尔逊-莫雷实验，影响至今！

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1、9、迈克尔逊-莫雷实验这个标题大家一定不陌生，迈克尔逊-莫雷实验是物理史上的大事件，当然是关于光的实验。所以这个实验尽管大多数人清楚的知道，但一定还有一部分人不清楚。【阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊】那我带你们回到那个年代，了解曾经在光学史上留下精彩一页的迈克尔逊-莫雷实验是什么样子。迈克尔逊－莫雷实验是1887年迈克尔逊和莫雷在美国做的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速差值的一项著名的物理实验。但结果证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的，由此否认了以太（绝对静止参考系）的存在，从而动摇了经典

2、物理学基础，成为近代物理学的一个发端，因此在物理学发展史上占有十分重要的地位。【爱德华莫雷】19世纪流行着一种“以太”学说,它是随着光的波动理论发展起来的。那时由于对光的本质知之甚少,人们套用机械波的概念,想像必然有一种能够传播光波的弹性物质,它的名字叫“以太”。许多物理学家们相信“以太”的存在,把这种无处不在的“以太”看作绝对惯性系,用实验去验证“以太”的存在就成为许多科学家追求的目标。当时认为光的传播介质是“以太”。由此产生了一个新的问题：地球以每秒30公里的速度绕太阳运动，就必须会遇到每秒3

3、0公里的“以太风”迎面吹来，同时，它也必须对光的传播产生影响。这个问题的产生，引起人们去探讨“以太风”存在与否。如果存在以太，则当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运动的方向测量的光速（当我们对光源运动时）应该大于在与运动垂直方向测量的光速（当我们不对光源运动时）。而迈克尔逊－莫雷实验就是要验证以太是否存在的实验。但当实验结果出来后，我们得到的，远远不止当初想要得到的答案。实验的过程是这样的：如果以太存在，且光速在以太中的传播服从伽利略速度叠加原理：假设以太相对于太阳静止，仪器在实验坐标系中

4、相对于以太以公转轨道速度V向右运动。光源发光【如上图】经分光镜分光成两束光，光束1经反光镜M1反射再经分光镜投射到观测屏。光束2经反光镜M2反射再经分光镜投射到观测屏，与光束1形成干涉。光在以太中传播速度为c，地球相对以太的速度为v。光束1到达M1和从M1返回的传播速度为不同的，分别为c+v和c-v，完成往返路程所需时间为：。光束2完成来回路程的时间为，光束2和光束1到达观测屏的光程差为。然后让实验仪器整体旋转90度，则光束1和光束2到达观测屏的时间互换，使得已经形成的干涉条纹产生移动。改变的量为

5、。移动的条纹数为。地球的公转轨道运动速率为：；干涉仪光臂（分光镜到反光镜）d=11m，应该移动的条纹为：。迈克尔逊和莫雷将干涉仪装在十分平稳的大理石上，并让大理石漂浮在水银槽上，可以平稳地转动。并当整个仪器缓慢转动时连续读数,这时该仪器的精确度为0.01%,即能测到1/100条条纹移动，用该仪器测条纹移动应该是很容易的。迈克尔逊和莫雷设想：如果让仪器转动90°，光通过OM1、OM2的时间差应改变，干涉条纹要发生移动，从实验中测出条纹移动的距离，就可以求出地球相对以太的运动速度，从而证实以太的存在。

6、但实验结果是:未发现任何条纹移动。在此之后的许多年,迈克尔逊-莫雷实验又被重复了许多次实验，所得都是零结果。下图是众多科学家反复做这个实验的数据。这不是简简单单的数据，我们可以从中看到他们的汗水，他们的严谨，这是我们要学习的。当我们在酒吧，迪厅纵情玩乐的时候，他们在实验室一遍遍的做着别人做过的实验。有些看似无聊的事情，一定要有人做，坚持做，人类才能兴旺。但迈克尔逊—莫雷1887年的实验并不是判决性的，洛仑兹对实验的否定结果依然疑虑重重；瑞利在1892年发表的一篇论文中认为“地球表面的以太是绝对的静

7、止还是相对的静止”，依然是一个悬而未决的问题，他觉得迈克尔逊—莫雷实验的否定结果是“一件真正令人扫兴的事情”。开尔文甚至在进入20世纪之后还不甘心实验的否定结果。1900年，在巴黎国际物理学会议上，开尔文敦促莫雷和米勒（D．C．Miller，1866～1941）重做一次实验，以便得到一个比1887年实验更为肯定的结果。迈克尔逊—莫雷实验并未否定以太的存在，但这个实验却促使物理学家对以太与有质物质的关系问题发生了浓厚的兴趣，导致他们进行了一场旷日持久的智力竞赛。对以太问题的理论探讨和实验研究的热潮一

8、直持续到20世纪的前10年。甚至延续到狭义相对论出现以后。但大家要知道，爱氏本人也还是受迈克尔孙-莫雷实验启发的，尤其对于光速不变的假设。1893年洛奇在伦敦发现，光通过两块快速转动的巨大钢盘时，速度并不改变，表明钢盘并不把以太带着转。对恒星光行差的观测也显示以太并不随着地球转动。人们在不同地点、不同时间多次重复了迈克尔逊－莫雷实验，并且应用各种手段对实验结果进行验证，精度不断提高。在1887年到1905年之间，人们曾经好几次企图去解释迈克尔逊——莫雷实验，这个过程，也是探索的过程