大學(xué)物理：15-2 邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)

1、15.2 邁克耳孫邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)?zāi)讓?shí)驗(yàn) 由于這個(gè)速度與光的傳播速度相同，所以由于這個(gè)速度與光的傳播速度相同，所以人們認(rèn)為光是電磁波人們認(rèn)為光是電磁波 . 當(dāng)當(dāng)1888年赫茲在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生電磁波年赫茲在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生電磁波. 以后，以后，光作為電磁波的一部分，在理論上和實(shí)驗(yàn)上就完光作為電磁波的一部分，在理論上和實(shí)驗(yàn)上就完全確定了全確定了 . 1856年麥克斯韋提出電磁場(chǎng)理論時(shí)，曾預(yù)言年麥克斯韋提出電磁場(chǎng)理論時(shí)，曾預(yù)言了電磁波的存在，并認(rèn)為電磁波將以了電磁波的存在，并認(rèn)為電磁波將以的速度在真空中傳播的速度在真空中傳播. 18103sm 傳播機(jī)械波需要介質(zhì)，因此，在光的電磁傳播機(jī)械波需要介質(zhì)，因此

2、，在光的電磁理論發(fā)展初期，人們認(rèn)為光和電磁波也需要一理論發(fā)展初期，人們認(rèn)為光和電磁波也需要一種彈性介質(zhì)種彈性介質(zhì) . 十九世紀(jì)的物理學(xué)家們稱(chēng)這種介質(zhì)為以太，十九世紀(jì)的物理學(xué)家們稱(chēng)這種介質(zhì)為以太，他們認(rèn)為以太充滿(mǎn)整個(gè)空間，即使真空也不例外，他們認(rèn)為以太充滿(mǎn)整個(gè)空間，即使真空也不例外，他們并認(rèn)為在遠(yuǎn)離天體范圍內(nèi)，這種以太是絕對(duì)他們并認(rèn)為在遠(yuǎn)離天體范圍內(nèi)，這種以太是絕對(duì)靜止的，因而可用它來(lái)作絕對(duì)參照系靜止的，因而可用它來(lái)作絕對(duì)參照系 . 根據(jù)這種看法，如果能借助某種方法測(cè)出根據(jù)這種看法，如果能借助某種方法測(cè)出地球相對(duì)于以太的速度，作為絕對(duì)參照系的以太地球相對(duì)于以太的速度，作為絕對(duì)參照系的以太也就被確

3、定了也就被確定了 . 在歷史上，曾有許多物理學(xué)家做了很多實(shí)驗(yàn)在歷史上，曾有許多物理學(xué)家做了很多實(shí)驗(yàn)來(lái)尋求絕對(duì)參照系，但都沒(méi)得出預(yù)期的結(jié)果。其來(lái)尋求絕對(duì)參照系，但都沒(méi)得出預(yù)期的結(jié)果。其中最著名的實(shí)驗(yàn)是中最著名的實(shí)驗(yàn)是1881年邁克耳孫探測(cè)地球在以年邁克耳孫探測(cè)地球在以太中運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)以及后來(lái)邁克耳孫和莫雷在太中運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)以及后來(lái)邁克耳孫和莫雷在1887年所做的更為精確的實(shí)驗(yàn)?zāi)晁龅母鼮榫_的實(shí)驗(yàn) .邁克耳孫邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)?zāi)讓?shí)驗(yàn) S1MP PM1 系中，也就是在實(shí)驗(yàn)室中，光從系中，也就是在實(shí)驗(yàn)室中，光從 再?gòu)脑購(gòu)?所用時(shí)間為所用時(shí)間為 )1 (21212222442222221cvcLc

4、vcvcLcvcLvcLcvcLvcLt 整個(gè)裝置可繞垂直于圖面的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并整個(gè)裝置可繞垂直于圖面的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并保持固定不變。設(shè)地球相對(duì)于絕對(duì)參照系（以保持固定不變。設(shè)地球相對(duì)于絕對(duì)參照系（以太）的運(yùn)動(dòng)自左向右，速度為太）的運(yùn)動(dòng)自左向右，速度為 ，設(shè)以太參，設(shè)以太參考系為考系為 系，實(shí)驗(yàn)室參考系為系，實(shí)驗(yàn)室參考系為 系。系。sSv在在 系中光從系中光從 再?gòu)脑購(gòu)?的速度均為的速度均為 ，所以光從，所以光從 所用時(shí)間為所用時(shí)間為S2MP PM 22122)(vc p2 MP)21 (21222222cvcLcvcLt對(duì)對(duì) 做級(jí)數(shù)展開(kāi)做級(jí)數(shù)展開(kāi) 2211cv從從 系來(lái)看（地球上或儀器上），系來(lái)看

5、（地球上或儀器上），P點(diǎn)發(fā)出的兩束光到達(dá)望遠(yuǎn)鏡時(shí)間差點(diǎn)發(fā)出的兩束光到達(dá)望遠(yuǎn)鏡時(shí)間差為為S32222221)21 (21 (2cLvcvcLcvcLttt）兩束光光程差為兩束光光程差為 22cLvtc若把儀器旋轉(zhuǎn)，則前、后兩次的若把儀器旋轉(zhuǎn)，則前、后兩次的光程差光程差 2222cLv在此過(guò)程中，在此過(guò)程中，T中應(yīng)有中應(yīng)有 2222cLvN條條紋移過(guò)某參考線(xiàn)條條紋移過(guò)某參考線(xiàn) L約為約為10m 光波波長(zhǎng)為光波波長(zhǎng)為500nm 地球公轉(zhuǎn)速度地球公轉(zhuǎn)速度 4103m.s-1 代入，則得代入，則得 4 . 0N因?yàn)檫~克耳孫干涉儀非常精細(xì)，它因?yàn)檫~克耳孫干涉儀非常精細(xì)，它可以觀察到的可以觀察到的 條紋移動(dòng)，因此，條紋移動(dòng)，因此，邁克耳孫和莫雷應(yīng)當(dāng)毫無(wú)困難地觀邁克耳孫和莫雷應(yīng)當(dāng)毫無(wú)困難地觀察到有察到有0.4條條紋移動(dòng)。但是，他們條條紋移動(dòng)。但是，他們沒(méi)有觀察到這個(gè)現(xiàn)象。邁克耳孫的沒(méi)有觀察到這個(gè)現(xiàn)象。邁克耳孫的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)企圖尋求作為絕對(duì)參實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)企圖尋求作為絕對(duì)參照系的以太，結(jié)果十分令人失望照系的以太，結(jié)果十分令人失望 1001結(jié)論：結(jié)論： （1）邁克耳孫實(shí)驗(yàn)否定了以太的存在。）邁克耳孫實(shí)驗(yàn)否