迈克尔逊—莫雷实验(迈克尔逊-莫雷实验证明了什么)

导语：迈克尔逊-莫雷实验在经典物理大厦的地下室找到了现代物理的入口

1900年是现代物理学的开元之年，这之前的那些岁月里，发生了很多科学和物理学的知识碎片和经验积累。今天小编将给各位小伙伴介绍现代物理学诞生过程中最灿烂的科学探索、最有影响力的实验之一：迈克尔逊-莫雷实验。

实验背景

最早提出以太假说的是17世纪西方近代哲学奠基人之一、法国著名的哲学家、数学家、物理学家勒内·笛卡儿。他把“以太”描述为：以太是充满整个空间的一种物质。真空中没有空气，但却有这种无所不入的“以太”。

麦克斯韦方程组

至19世纪上半叶，当光具有波动性被大多数物理学家承认时，以太假说又获得了新的支持，物理学界普遍认为以太是传播电磁波和光的媒介。经典物理学理论中，将这种无处不在的“以太”看作绝对惯性系，只有在这个惯性系里，麦克斯韦方程组才能取标准形式，电磁波沿各个方向的传播速度才能等于c。

这时，“以太”的存在似乎无可置疑了。因此，寻找以太，用实验去验证“以太”的存在就成为许多科学家追求的目标。而迈克尔逊-莫雷设计这个实验的目的就是为了寻找以太。若能测定以太与地球的相对速度，即以太漂移速度，便可证明以太的存在。多年来，许多科学家用各种光学和电学实验均未获得成功。

迈克尔孙-莫雷实验原理图

迈克尔逊-莫雷实验过程

1881年，迈克尔逊设计了一个精密的仪器，即后来的迈克尔逊干涉仪。仪器装置如图所示，A是半镀银镜，M1和M2是两个反射镜，光从S出发，经M分为两束，再经M1和M2反射后到达T处。当两个光速有一定光程差时，即在T处出现干涉条纹。为了保持仪器的水平，迈克尔逊把仪器放在水银槽上。

迈克尔逊

迈克尔孙-莫雷实验结果

但1881年实验完成结果出乎迈克尔逊的意料，看到的条纹移动比预期值小，而且与地球的运动没有确定的位相关系。于是，迈克尔逊大胆推测：“结果只能解释为干涉条纹没有位移，可见，静止以太的假设是错误的。”六年之后，1887年迈克尔逊与著名教授莫雷（Edward Williams Morley）合作，再度进行“以太漂移速度”的测定，而得到的结果仍然是零，并将实验报告发表在《美国科学杂志》上。

迈克尔孙实验中地球在太阳系中的运动

科学家们不断改进实验装置、实验条件、实验规模，一再重复这个实验，从1881年到1930年先后就有11位科学家的13项准确记录，但结果始终是零。对于上面实验的结果只能得出以太被地球完全拖动，或者根本不存在以太的结论。

实验带来的影响

这一否定结果引起物理学界的震惊，让人不得不认识到“以太风”根本不存在。实验的结果证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的，由此确定了光速不变原理，从而动摇了经典物理学基础，成为近代物理学的一个发端，在物理学发展史上占有十分重要的地位。

广义相对论空间弯曲

迈克尔逊和莫雷测定“以太漂移速度”的实验虽然“失败”了，但却创造了一种精密度可达四亿分之一的测长仪器。迈克尔逊因在“精密光学仪器和用这些仪器进行光谱学的基本量度”研究工作中的卓著成绩，荣获1907年诺贝尔物理学奖。

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