迈克尔逊莫雷实验报告 迈克尔逊-莫雷实验
迈克尔逊-莫雷实验
一、经典时空观
存在绝对静止的参照系是经典时空观的核心。人们在原始状态下，总从自我的感觉出发认识世界。并总以自我为中心，来处理一切事物。从这点上说，哥白尼的贡献是相当伟大的。他启示了人们要站在公正的角度看问题。
―以太‖(ether)一词来自古希腊亚里士多德，他以为，人们用纯粹思维可以找出制约宇宙的定律，不必要用观测去检验它。他把地上物质与天上物质人为划开，认为天上是由与地上污浊的物质不同的纯洁的物质即―以太‖组成。此外他相信存在一个优越的静止状态，任何没有受到外力和冲击的物体都采取这种状态。特别是他以为地球是静止的。经典力学打破了天上与人间的不同，并且否定静止存在唯一标准。人们可以讲，物体A静止而物体B以不变的速度相对于物体A运动，或物体B静止而物体A运动，这两种讲法是等价的。
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牛顿对绝对位置或被称为绝对空间的不存在感到非常忧虑，因为这和他的绝对上帝的观念不一致。事实上，即使绝对空间的不存在被隐含在他的定律中，他也拒绝接受。他思考了这样一个实验，即水桶中水的旋转。
(1) 开始时，桶旋转得很快，但水几乎静止不动。在粘滞力经过足够的时间使它旋转起来之前，水面是平的，完全与水桶转动之前一样。
(2)水和桶一起旋转，水面变成凹状的抛物面。
(3)突然使捅停止旋转，水面仍然保持凹状的抛物面。
牛顿就此分析道，在第(1)(3)阶段里，水和桶都有相对运动，而前者是水平的，而后者水面凹下:在第(2)(3)阶段里，无论水和桶有无相对运动，水面都是凹下的。牛顿由此得出结论:桶和水的相对运动不是水面凹下的原因，这个现象的根本原因是水在空间里绝对运动(即相对于牛顿的绝对空间的运动)的加速度。
绝对空间在哪里 牛顿曾经设想，在恒星所在的遥远地方,或许在它们之外更遥远的地方。他提出假设,宇宙的中心是不动的,这就是他所想象的绝对空间.从现今的观点来看,牛顿的绝对空间观是不对的。不过，牛顿当时了清楚地意识到，要给惯性原理以一个确切的意义，那就必须把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来。爱因斯坦说:―对此，牛顿自己和他同时的最有批判眼光的人都是感到不安;但是人
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们
要想给力学以清晰的意义，在当时却没有别的办法。‖
爱因斯坦还认为，牛顿引入绝对空间，对于建立他的
力学体是必要的。
亚里士多德和牛顿都相信绝对时间。也就是说，
他们相信人们可以毫不含糊地测量两个事件之间的时间间隔，只要用好的钟，不管谁去测量，这个时间都是一样的。时间相对于空间是完全分开并独立的。这就是大部份人当作常识的观点。
二、关于光速研究
光以有限但非常高的速度传播的这一事实，由丹麦的天文学家欧尔?克里斯琴森?罗麦(Roemer)于1676年第一次发现。他观察到，木星的月亮不是以等时间间隔从木星背后出来。当地球和木星都绕着太阳公转时，它们之间的距离在变化着。罗麦注意到我们离木星越远则木星的月食出现得越晚。他的论点是，因为当我们离开更远时，光从木星月亮那儿要花更长的时间才能达到我们这儿。然而，他测量到的木星到地球的距离变化不是非常准确，所以他的光速的数值为每秒22.5万公里。
1725年英国天文学家布喇德雷(Jams Bradley)通过观察三角视差法来测量恒星的距离，发现了恒星的光行差。
地球的周年变化导致恒星
表
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观位置的系统变化。在图中在
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位置2、4，地球速度矢量同从太阳到恒星的连线交成直角，这两个位置光行差有最大值。1、3位置地球的速度矢量同从太阳到恒星的连线构成角q，由上图见:
其中V=30km/s。
从对几个恒星的光行差的观察，求出光速为:
c=3.04×106m/s
麦克斯韦理论求出电磁波速度:
算出在真空中的速度为3×106m/s与已知的光速一致因此认定光是一种电磁波。麦克斯韦理论预言，无线电波或光波应以某一固定的速度运动。但是牛顿理论已经摆脱了绝对静止实物的观念，所以如果假定光是以固定的速度传播，人们必须说清这固定的速度是相对
于何物来测量的。这样人们提出，甚至在―真空‖中也存在着一种无所不在的物体，这时古老的―以太‖
一词被用来表述这一神秘物体。正如声波在空气中一样，光波
应该通过这以太传播，所以光速应是相对于以太而言。相对于
以太运动的不同观察者，应看到光以不同的速度冲他们而来，
但是光对以太的速度是不变的。
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三、迈克尔逊—莫雷实验
既然存在以太，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)。
1887年，阿尔贝特?麦克尔逊(后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者)和爱德华?莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。目的是测量地球在以太中的速度。
由于光在不同的方向相对地球的速度不同，达到眼睛的光程差不同，产生干涉条纹。
从镜子M反射，光线1的传播方向在MT方向上，光的绝对传播速度为c，地球相对以太的速度为v，光MM2的传播速率为，光线1完成来回路程的时间为:
光线2在到达M2和从M2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:
光线2和光线1到达眼睛的光程差为:
在实验中把干涉仪转动90?，光程差可以增加一倍。移动
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的条纹数为:
实验中用钠光源，l=5.9×10-7,;
地球的轨道运动速率为:v?10-4c;干涉仪光臂长度为11m，
应该移动的条纹为:DN=2×11×(10-4)2/λ=0.4
干涉仪的灵敏度，可观察到的条纹数为0.01条。但实验结果是几乎没有条纹移动。 在1887年到1905年之间，人们曾经好几次企图去解释麦克尔逊-莫雷实验。最著名者为荷兰物理学家亨得利克?罗洛兹，他是依据相对于以太运动的物体的收缩和钟变慢的机制。然而，一位迄至当时还不知名的瑞士专利局的职员阿尔贝特?爱因斯坦，在1905年的一篇著名的论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间的观念的话，整个以太的观念则是多余的。几个星期之后，一位法国最重要的数学家亨利?彭加勒也提出类似的观点。爱因斯坦的论证比彭加勒的论证更接近物理，因为后者将此考虑为数学问题。通常这个新理论是归功于爱因斯坦，但彭加勒的名字在其中起了重要的作用。
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