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【分享】迈克耳孙-莫雷实验(1887年为了计算以太速度所设计的实验

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迈克耳孙-莫雷实验是为了观测“以太”是否存在而作的一个实验,是在1887年由阿尔伯特·迈克耳孙与爱德华·莫雷合作,在美国的克利夫兰进行的。
实验原理
当时认为光的传播介质是“以太”。由此产生了一个新的问题:地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来,同时,它也必须对光的传播产生影响。这个问题的产生,引起人们去探讨“以太风”存在与否。迈克耳孙-莫雷实验就是在这个基础上进行的。
当“以太风”的速度为0时,两束光应同时到达,因而相位相同;如“以太风”速度不为零,即装置相对以太运动,则两列光波相位不同。
假设装置在以太中向右以速度v运动,且从部分镀银的玻璃片到两面镜子的距离为L,那么向右的那一束光在向右的过程中相对装置速度为c − v,花费的时间t1 = L / (c − v),返回时速度为c + v,时间t2 = L / (c + v)。所以总的时间是
t1 + t2 = 2Lc / c^2-v^2 = 2L / c * (1 - v^2 / c^2)
而对于向上的那一束光,设它到达镜子所需的时间为t3,在这段时间里镜子向右移动了vt3,所以光走过的路程是一个直角三角形的斜边,于是有
L^2 = (c * t3)^2 - (v*t3)^2 = (c^2 - v^2) * t3^2
由此可得
t3 = L / √c^2 - v^2
而返回时间与此相同,所以总时间
2 * t3=2L / √c^2 - v^2 = 2L / c * √1 - v^2 / c^2
所以两束光的到达时间是不同的,根据这个实验应该能测量出地球通过以太的速度



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对实验结果的解释
乔治·斐兹杰惹(George FitzGerald)在1892年对迈克耳孙-莫雷实验提出了一种解释。他指出如果物质是由带电荷的粒子组成,一根相对于以太静止的量杆的长度,将完全由量杆粒子间取得的静电平衡决定,而量杆相对于以太在运动时,量杆就会缩短,因为组成量杆的带电粒子将会产生磁场,从而改变这些粒子之间的间隔平衡。这一来,迈克耳孙-莫雷实验所使用的仪器,当它指向地球运动的方向时就会缩短,而缩短的程度正好抵消光速的减慢。



2025-08-22 07:10:23
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  • dkcxp
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有些人曾经试行测量乔治·斐兹杰惹的缩短值,但都没有成功。这类实验表明乔治·斐兹杰惹的缩短,在一个运动体系内是不能被处在这个运动体系内的观察者测量到的,所以他们无法判断他们体系内的绝对速度,光学的定律和各种电磁现象是不受绝对速度的影响的。再者,动系中的短缩,乃是所有物体皆短缩,而动系中的人,是无法测量到自己短缩值的。
1904年,荷兰物理学家洛伦兹提出了著名的洛伦兹变换,用于解释迈克耳孙-莫雷实验的结果。他提出运动物体的长度会收缩,并且收缩只发生运动方向上。如果物体静止时的长度为L0,当它以速度v以平行于长度的方向运动时,长度收缩为
L = L0 * √1 - v^2 / c^2
引入这条规律后:
t1 + t2 = 2L * √1 - v^2 / c^2 / c * (1 - v^2 / c^2)
= 2L / c * √1 - v^2 / c^2 = 2* t3
成功地解释了实验结果.



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1905年,爱因斯坦在抛弃以太、以光速不变原理和狭义相对性原理为基本假设的基础上建立了狭义相对论。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立,而是一个统一的四维时空整体,并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中,整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的。结合狭义相对性原理和上述时空的性质,也可以推导出洛伦兹变换。
里茨在1908年设想光速是依赖于光源的速度的,企图以此解释迈克耳孙-莫雷实验。但是德·希特于1931年在莱顿大学指出,如果是这样的话,那么一对相互环绕运动的星体将会出现表观上的异常运动,而这种现象并没有观察到。由此也证明了爱因斯坦提出的光速和不受光源速度和观察者的影响是正确的,而且既然没有一种静止的以太传播光波振动,牛顿关于光速可以增加的看法就必须抛弃。



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有人认为,爱因斯坦在提出狭义相对论的过程中,曾经受到过迈克耳孙-莫雷实验结果的影响。John Stachel在《爱因斯坦和以太漂移实验》一文中指出,有间接的有力证据表明,爱因斯坦在1889年一定知道迈克耳孙-莫雷实验,并从1889~1901年间,持续感兴趣于设计光学实验,以检查地球穿行于以太的假定运动。
爱因斯坦在1922年,在《我是怎样创造了相对论》中说道:“那时我想用某种方法演示地球相对以太的运动……,在给自己提出这一问题时,我没有怀疑过以太的存在和地球的运动。于是,我预料如果把光源发出的光线用镜子反射,则当它的传播方向是平行或反平行于地球的运动方向时,应该具有不同的能量。所以我提出使用两个热电偶,利用测量它们所生热量的差值,来证实这一点。”



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对实验结果的再验证
1893年洛奇在伦敦发现,光通过两块快速转动的巨大钢盘时,速度并不改变,表明钢盘并不把以太带着转。对恒星光行差的观测也显示以太并不随着地球转动。


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人们在不同地点、不同时间多次重复了迈克-莫雷实验,并且应用各种手段对实验结果进行验证,精度不断提高。除光学方法外,还有使用其他技术进行的类似实验。


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如1958年利用微波所做的实验得到地球相对以太的速度上限是3×10-2 km/s,1970年利用穆斯堡尔效应所做的实验得到此速度的上限只有5×10-5 km/s。
综合各种实验结果,人们基本可以判定地球不存在相对以太的运动。


2025-08-22 07:04:23
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明显狭义相对论的提出当初仅仅是为了解释为何测量不出以太


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LS勘误,应该是:
明显是洛仑兹变换的提出当初仅仅是为了解释为何测量不出以太
见4L第二段第一句
1904年,荷兰物理学家洛伦兹提出了著名的洛伦兹变换。。。


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然后1905年爱因斯坦才提出“狭义相对论”


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里茨在1908年设想光速是依赖于光源的速度的,企图以此解释迈克耳孙-莫雷实验。但是德·希特于1931年在莱顿大学指出,如果是这样的话,那么一对相互环绕运动的星体将会出现表观上的异常运动
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因此如果有以太,而且光速依赖光源的速度的话,那么我们看的世界早就已经不是这样,甚至崩溃,这些都是悖论


  • dkcxp
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7L说的是:对恒星“光行差”的观测也显示以太并不随着地球转动。
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我记得这里有人说光行差解释不了


  • czm600213
  • 默默无闻
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诚邀“猴子”来此指指点点,并赠送花生壹包。


2025-08-22 06:58:23
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  • incinc
  • 大名鼎鼎
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迈克耳孙-莫雷实验 -- 庞加莱认为该实验不大可能测出以太中的物质的绝对运动或相对运动,因此,并不等于以太不存在。
Poincare: impossible to detect ...
In 1895[A 15][B 19] Poincaré argued that experiments like that of Michelson-Morley show that it seems to be impossible to detect the absolute motion of matter or the relative motion of matter in relation to the ether.
http://tieba.baidu.com/f?kz=962899613


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