Question

迈克尔逊 莫雷实验的结果说明了什么

Answer 1

一种用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光在同一方向上光速差值的实验.但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.根据伽利略变换,光速应该与其所在的参照系有关,这一结果表明伽利略变换并不适用于高速运动的光子,洛伦兹由此提出洛伦兹变换来解决这一问题.虽然爱因斯坦只是将洛伦兹变换引入狭义相对论,但是他系统性地提出了一个全新的物理理论,并划时代地提出时间相对性的概念,因此人们最终将这一功绩归功于爱因斯坦.但是狭义相对论也有问题,爱因斯坦本人也始终未能解释孪生子佯谬.
　　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(即以太风的速度).
　　如果以太存在,且光速在以太中的传播服从伽利略速度叠加原理：
　　假设以太相对于太阳静止,实验坐标系相对于以太以公转轨道速度u沿光线2的方向传播, 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MA方向上,光的绝对传播速度为c,地球相对以太的速度为υ,光线1完成来回路程的时间为2d/C,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+υ和C－υ,完成往返路程所需时间为：d/(C+u)+d/(C-u).光线2和光线1到达眼睛的光程差为：c[d/(C+u)+d/(C-u)-2d/C]=2du^2/(C^2-u^2)
　　干涉仪整体可以旋转,旋转的过程中,以太速度方向与实验参考系中光线2的夹角改变,从而使得速度分量u改变,旋转90°时,光线1和2交换了状态,光程差可以增加一倍.：ΔL=4du^2/(C^2-u^2)≈4du^2/C^2.移动的条纹数为ΔL/λ.
　　实验中用钠光源,λ=5.9×10^－7m；
　　地球的公转轨道运动速率为：υ≈10^－4C；干涉仪静止参考系下的光程2d=11m,
　　应该移动的条纹为：ΔN=2×11×(10^－4)/λ=0.37
　　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.
　　因此以太存在且光速满足伽利略速度叠加的前提是错误的.结论是要么是以太不存在,光速相对于任何参考系的速度都一样,因此旋转迈克尔逊干涉仪时光线1和2不存在时间差.要么是以太存在但是光速不满足伽利略速度叠加.
　　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·洛伦兹,他是依据以太存在,但是伽利略速度叠加原理需要修改,从而引进了洛伦兹变变换.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年发表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,整个以太的观念就是多余的.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,但彭加勒的确在其中起了重要的作用.
　　【该实验最新评论】该实验让世界上的人们抛弃了以太的存在,在物理学发展史上是重大转折点.爱因斯坦的相对论是一种数学上的等效解决方法.------但是该实验的计算过程忽略了物体在以太中运动会变形,观测臂是由电磁力相互作用的原子分子组成,既然光是电磁波,光产生行程差.观测臂内的原子间的电磁作用力也会产生行程差,也即观测臂内部的原子不再是维持原来说的形状.观测臂的整体长度也会产生相等于光行程差的相应变化.所以永远也别想看到条纹移动,相对论说是空间扭曲.其实整个实验是一种像刻舟求剑的错误方法.世界上的作用力几乎无不间接通过以太传播.以太密度的变化和运动让整个世界的运动和作用力相应变化.时空扭曲是等效的数学方法.而不是真实情况.电磁波是横波,并且是真空中唯一一种可以传播的波动,说明了真空是一种刚性粒子组成的高弹性流体.不同于空气.液体内部是弹性非刚性粒子 .所以,液体,空气中横波无法传递的.原子科学上的发展可以让计算机用原子科学来计算模拟物质的性质,甚至模拟研究生命内部的分子运动.为生命科学注入全新活力.而相对论使多原子体系能级的求解陷入了绝境.如果忽略了真空的存在,微观原子科学无疑会陷入绝境.