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迈克尔逊—莫雷实验

姚立澄
  以太是一个历史上的物理名词,它是由希腊哲学家亚里士多德所设想的一种充满太空的介质,地球在这种介质中邀游。

  19世纪的科学家们,相信以太可以是电磁波的传播媒介。当时,人们认为光和一切电磁波必须借助绝对静止的以太进行传播,而以太是否存在以及是否具有静止的特性,在当时还是一个谜。有人试图测量地球对静止以太的运动所引起的“以太风”,来证明以太的存在和具有静止的特性,但由于仪器精度所限,遇到了困难。美国物理学家迈克尔逊为此设计了一台叫做干涉折射计的仪器,增加了仪器的精度。1887年,迈克尔逊(1852—1931)和莫雷(1838—1923)做了充分的准备,用这台迈克尔逊干涉仪分别在柏林和波茨坦天文物理学观象台做了两次实验,希望通过实验来证明以太的存在。他们用一个光源向两个方向发射光束,两束光被与光源距离相等的两面镜子反射回来。其中一束光的方向,是沿着设想的地球相对以太运动的方向,另一束的方向与其垂直。但是,令他们没有想到的是,都得到了令人意外的“零结果”,这说明静止以太的假设是错误的,通过他们的实验否定了以太的存在,从而解决了萦绕在人们心头的疑惑,也导致爱因斯坦提出了革命性的新理论。

  以太并不存在。这个结果让他们很失望,这是一个“不合道理,看上去无法解释的实验事实”,却引起了其他科学家的震惊和关注。后来,它与热辐射中的“紫外灾难”并称为“20世纪物理学大厦上空的两朵乌云”。尽管迈克尔逊认为绝对静止的以太假设是错误的,但他还是习惯用以太的存在思考问题,可见思维转变之难。

  正是这个重要的否定性实验,迫使物理学家们不得不重建一个新的理论以解释这个实验结果,相对论正是在这个背景下产生的。

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