大学物理：15-2 迈克耳孙—莫雷实验

1、15.2 迈克耳孙迈克耳孙莫雷实验莫雷实验 由于这个速度与光的传播速度相同，所以由于这个速度与光的传播速度相同，所以人们认为光是电磁波人们认为光是电磁波 . 当当1888年赫兹在实验室中产生电磁波年赫兹在实验室中产生电磁波. 以后，以后，光作为电磁波的一部分，在理论上和实验上就完光作为电磁波的一部分，在理论上和实验上就完全确定了全确定了 . 1856年麦克斯韦提出电磁场理论时，曾预言年麦克斯韦提出电磁场理论时，曾预言了电磁波的存在，并认为电磁波将以了电磁波的存在，并认为电磁波将以的速度在真空中传播的速度在真空中传播. 18103sm 传播机械波需要介质，因此，在光的电磁传播机械波需要介质，因此

2、，在光的电磁理论发展初期，人们认为光和电磁波也需要一理论发展初期，人们认为光和电磁波也需要一种弹性介质种弹性介质 . 十九世纪的物理学家们称这种介质为以太，十九世纪的物理学家们称这种介质为以太，他们认为以太充满整个空间，即使真空也不例外，他们认为以太充满整个空间，即使真空也不例外，他们并认为在远离天体范围内，这种以太是绝对他们并认为在远离天体范围内，这种以太是绝对静止的，因而可用它来作绝对参照系静止的，因而可用它来作绝对参照系 . 根据这种看法，如果能借助某种方法测出根据这种看法，如果能借助某种方法测出地球相对于以太的速度，作为绝对参照系的以太地球相对于以太的速度，作为绝对参照系的以太也就被确

3、定了也就被确定了 . 在历史上，曾有许多物理学家做了很多实验在历史上，曾有许多物理学家做了很多实验来寻求绝对参照系，但都没得出预期的结果。其来寻求绝对参照系，但都没得出预期的结果。其中最著名的实验是中最著名的实验是1881年迈克耳孙探测地球在以年迈克耳孙探测地球在以太中运动速度的实验以及后来迈克耳孙和莫雷在太中运动速度的实验以及后来迈克耳孙和莫雷在1887年所做的更为精确的实验年所做的更为精确的实验 .迈克耳孙迈克耳孙莫雷实验莫雷实验 S1MP PM1 系中，也就是在实验室中，光从系中，也就是在实验室中，光从 再从再从 所用时间为所用时间为 )1 (21212222442222221cvcLc

4、vcvcLcvcLvcLcvcLvcLt 整个装置可绕垂直于图面的轴线转动，并整个装置可绕垂直于图面的轴线转动，并保持固定不变。设地球相对于绝对参照系（以保持固定不变。设地球相对于绝对参照系（以太）的运动自左向右，速度为太）的运动自左向右，速度为 ，设以太参，设以太参考系为考系为 系，实验室参考系为系，实验室参考系为 系。系。sSv在在 系中光从系中光从 再从再从 的速度均为的速度均为 ，所以光从，所以光从 所用时间为所用时间为S2MP PM 22122)(vc p2 MP)21 (21222222cvcLcvcLt对对 做级数展开做级数展开 2211cv从从 系来看（地球上或仪器上），系来看

5、（地球上或仪器上），P点发出的两束光到达望远镜时间差点发出的两束光到达望远镜时间差为为S32222221)21 (21 (2cLvcvcLcvcLttt）两束光光程差为两束光光程差为 22cLvtc若把仪器旋转，则前、后两次的若把仪器旋转，则前、后两次的光程差光程差 2222cLv在此过程中，在此过程中，T中应有中应有 2222cLvN条条纹移过某参考线条条纹移过某参考线 L约为约为10m 光波波长为光波波长为500nm 地球公转速度地球公转速度 4103m.s-1 代入，则得代入，则得 4 . 0N因为迈克耳孙干涉仪非常精细，它因为迈克耳孙干涉仪非常精细，它可以观察到的可以观察到的 条纹移动，因此，条纹移动，因此，迈克耳孙和莫雷应当毫无困难地观迈克耳孙和莫雷应当毫无困难地观察到有察到有0.4条条纹移动。但是，他们条条纹移动。但是，他们没有观察到这个现象。迈克耳孙的没有观察到这个现象。迈克耳孙的实验结果，对企图寻求作为绝对参实验结果，对企图寻求作为绝对参照系的以太，结果十分令人失望照系的以太，结果十分令人失望 1001结论：结论： （1）迈克耳孙实验否定了以太的存在。）迈克耳孙实验否