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[楼主]  [61楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/01 15:58 

续前
面也很有素养。在原来实验的基础上,莫雷提出了很多改进意见。他们的主要改进是:考虑了地球的运动对垂直臂光线路径的影响;经过八次来回反射,使光路长达十一米;将仪器的光学部分安装在很重的大石板上,再把石板浮于水银面上,使它可绕中心轴自由转动。于是,实验的精确度大为提高,根据计算,估计可以测得0.4个条纹移动。
但是,他们通过四天的观测,得到的结果仍然是零。在1887年11月发表于“美国科学杂志”上的报告中他们写道:
“实际观测到的干涉条纹的位移肯定小于预期值的二十分之一,或许还小于四十分之一。由于这个位移与速度的平方成正比,地球相对于以太的速度也许小于地球轨道运动速度的六分之一,肯定小于四分之一。”
他们对这一实验结果感到十分失望,原来打算在不同季节继续实验的想法也取消了。但他们却因这个实验创制了一个精密度达到四亿分之一的测长仪器,于是他们就运用这套仪器转向长度的测量工作。1907年,迈克尔逊由于在“精密光学仪器和用这些仪器进行光谱学的基本量度”的研究工作而荣获诺贝尔物理学奖金。
这个实验后来由不同的人在不同的季节和不同的地点多次重复过,结果总是一样:没有检测到“以太风”的存在。
(第一章第五节完)
[楼主]  [62楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/02 11:26 

第六节 狭义相对论的实验背景

十九世纪,以经典力学、热力学,统计物理学和电磁学为支柱,物理学建立了一座宏伟而近乎完美的经典物理学大厦。以至于1900年物理学元老威廉•汤姆逊在迎接新世纪的科学讲演中盛赞物理学大厦的完美。那时对于各种常见的物理现象,都可以用相应的理论加以说明。机械运动,准确地遵从牛顿力学规律;电磁现象被总结为优美的麦克斯韦方程;光学有光的波动理论,最后也可归结为麦克斯韦方程;热现象的理论有完整的热力学的统计物理学。物理学的辉煌成就,使得不少物理学家踌躇满志、沉溺于欢快陶醉之中,产生了这样一种看法:物理学的大厦已告落成,今后物理学的任务只是进一步精确化,即在一些细节上作些补充和修正,使已知公式中的各个常数测得更加精确一点。
然而,人们又津津乐道地说:此刻在物理学的万里晴空中却飘来了两朵乌云,第一朵便是迈克尔逊试验的零结果。正是这两朵乌云的产生,人们认为引来了20世纪物理学革命的暴风骤雨,使整个自然科学进入了一个崭新的阶段。这朵“乌云”成为20世纪伟大的物理学革命的导火线,诞生了狭义相对论。这就是狭义相对论的实验背景。
迈克尔逊试验太重要了,我们在这里不厌其烦地再来重复一下试验的一些细节。从这里也可以看到试验设计者和相时世界上最著名的科学家对该试验的看法。
1881年,迈克尔逊正在德国柏林赫尔姆霍兹手下留学。由于在柏林无法完成实验,迈克尔逊把别人为他建造的整个装置运到波茨坦天体物理观测站进行实验。他所期望的位移是干涉条纹的0.1,但实际测得的位移仅仅是0.004~0.005,这只不过相当于实验的误差而己。
显然,否定结果(也称“零结果”)表明,企图检测的以太流是不存在的。迈克尔逊面对事实不得不认为:“静止以太的假设被证明是不正确的,并且可以得到一个必然的结论:该假设是错误的”,“这个结论与迄今被普遍接受的光行差现象的解释直接矛盾”,“他不能不与斯托克斯1846年在《哲学杂志》发表的论文附加摘要相一致”。
不过,这次实验的精度还不够高,数据计算也有错误。1881年冬,巴黎的波蒂埃指出了计算中的错误(估计的效果比实际大了两倍),洛伦兹在1884年也指出了这些问题。因此,无论迈克尔逊还是其他人,都没有把这次实验看作是决定性的。迈克尔逊本人此后也将兴趣转移到了精密测定光速值,对1881年的实验进行改良的工作就这样搁置下去了。
1884年秋,威廉•汤姆逊访问美国,他在巴尔的摩作了多次讲演。到会听讲的迈克尔逊有机会会见了与汤姆孙一起访美的瑞利勋爵,他们就1881年的实验交换了意见。与此同时,瑞利也转达了洛伦兹的意见。瑞利的劝告给迈克尔逊以极大的勇气,他进一步改进了干涉仪,和著名的化学教授莫雷一起,于1887年7月在克利夫兰重新进行了实验,此时的迈克尔逊已是克利夫兰城凯思应用科学院的教授了。
为了维持稳定,减小振动的影响,迈克尔逊和莫雷把干涉仪安装在很重的石板上,并使石板悬浮在水银液面上,可以平稳地绕中心支轴转动。为了尽可能增大光路,尽管干涉仪的臂长已达11米,他们还是在石板上安装了多个反射镜,使钠光束来回往返八次。根据计算,这时干涉条纹的移动量应为0.37,但实测值还达不到0.01。
迈克尔逊和莫雷认为,如果地球和以太之间有相对运动,那么相对速度可能小于地球公转速度的1/60,肯定小于1/40。他们在实验报告中说:“似乎有理由确信,即使在地球和以太之间存在着相对运动,它必定是很小的,小到足以完全驳倒菲涅耳的光行差解释。”
1887年实验的否定结果对于当时的每一个人来说都是迷惑不解的,而且在很长一段时间内依然如故。人们并没有认为该实验是判决性的,就连迈克尔逊自己对他的结果也大失所望,他称自己的实验是一次“失败”,以致放弃了在实验报告中许下的诺言(每五天进行六小时测量,连续重复三个月,以便消除所有的不确定性),不愿再进行长期的观察,而把干涉仪用来于其他事去了。
迈克尔逊并不认为自己的实验结果有什么重要意义,他觉得实验之所以有意义,是因为设计了一个灵敏的干涉仪,并以此自我安慰。直到晚年,他还亲自对爱因斯坦说,他自己的实验引起了相对论这样一个“怪物”,他实在是有点懊悔的。
洛伦兹对迈克尔逊实验的结果也感到郁郁不乐,他在1892年写给瑞利的信中说:“我现在不知道怎样才能摆脱这个矛盾,不过我仍然相信,如果我们不得不抛弃菲涅耳的理论,……我们就根本不会有一个合适的理论了”。洛伦兹对1887年的实验结果依然疑虑重重:“在迈克耳逊先生的实验中,迄今还会有一些仍被看漏的地方吗?”
瑞利在1892年的一篇论文中认为:“地球表面的以太是绝对的静止呢,还是相对的静止呢?”这个问题依然悬而未决。他觉得迈克尔逊得到的否定结果是“一个真正令人扫兴的事情”,并敦促迈克尔逊再做一次实验。威廉•汤姆孙直到本世纪开头还不甘心实验的否定结果。
1900年前后,迈克尔逊的“以太漂移”实验对洛伦兹等人的电子论却产生了毋庸置疑的影响。尽管学术界对该实验的历史作用仍有不同的看法,但迈克尔逊本人晚年仍念念不忘“可爱的以太”。直到1927年,他在自己最后一本书中谈到相对论己被人们承认时,仍然对新理论疑虑重重。
[楼主]  [63楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/03 08:41 

[楼主]  [64楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/03 08:57 

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[楼主]  [65楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/04 08:59 

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[楼主]  [66楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/04 09:30 

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[楼主]  [67楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/05 09:09 

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[楼主]  [68楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/07 09:05 

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[楼主]  [69楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/07 15:45 

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[楼主]  [70楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/08 17:00 

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[楼主]  [71楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/09 08:12 

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[楼主]  [72楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/09 08:51 

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[楼主]  [73楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/09 08:54 

自从狭义相对论被人们广泛接受之后,有不少人试图对“光速绝对原理”提出反驳和证伪。有消息报道说,美国、德国、意大利、奥地利的科学家分别发现了“超光速现象”。
例如有一则报道说,德国科隆大学的尼姆茨研究小组宣称,试验中的微波(光的一种)穿过波导管的禁区时,以4.7倍超过光速。他们不仅测量了微波的超光速,而且还用超光速信号发送了莫扎特的第40交响曲,穿越了12厘米的空间。
中国旅美科学家王力军和他的研究小组作出的最新实验也是如此。实验采用的是一种新方法,他们用激光将通常为16种量子状态下的铯原子置于仅一种量子状态之下,组建了一个长6厘米的铯原子气室。在气室入口和出口分别放置了探测器,然后将一束持续时间3.7微秒的激光脉冲射向气室。观察到在气室出口的探测器相比于真空状况下提前62纳秒测到了同样形状的光脉冲。这表明,强烈的反常色散使得脉冲顶在进入气室之前就已离开了气室。光脉冲在铯原子气体中的群速度为光速的310倍,脉冲能量及波形在介质传播中无较大改变。最新一期美国《自然》杂志上发表了有关他的“超光速”实验的论文,引起了世界物理学界的关注。美国各家电视、广播、报纸争相报道。
最近,瑞士实验显示量子信息传输速度远超光速。在2008年8月14日出版的最新一期《自然》杂志上,瑞士的5位科学家公布了他们的这项最新研究成果。
根据量子力学理论的描述,两个处于纠缠态的粒子无论相距多远,都能“感知”和影响对方的状态。几十年来,物理学家试图验证这种神奇特性是否真实,以及决定它的幕后原因。其实,我们可以运用形象化的说明来解释这种现象。被纠缠的物体释放出某种不明粒子或其他形式的高速信号,从而对其伙伴产生影响。此前,已有实验证实传统物理学领域中某种隐藏信号的存在,从而打消了人们对于这种隐藏信号的种种疑问。但是,仍然有一个奇怪的可能性没有得到证实,即这种未知信号的传输速率可能会比光速还要高。
为了证实这种可能性,瑞士科学家开始着手对一对相互纠缠的光子进行实验研究。首先,研究人员们将光子对拆散;然后,通过由瑞士电信公司提供的光纤向两个村庄接收站进行传送,接收站之间相距大约18公里。沿途光子会经过特殊设计的探测器,因此研究人员能够随时确定它们从出发到终点的“颜色”。最终,接收站证实每对相互纠缠的光子被分开传送到接收站后,两者之间仍然存在纠缠关系。通过对其中一个光子的分析,科学家可以预测另一光子的特征。在实验中,任何隐藏信号从此接收站传送到彼接收站,仅仅需要一百万兆分之一秒。这一传输速率保证了接收站能够准确地检测到光子。由此可以推测任何未知信号的传输速率至少是光速的10000倍。
中国有一位研究员级的资深专家黄志洵教授也认为光速可变,并写了《超光速研究》和《超光速研究新进展》两本专著。人们对超光速的相信由此可见一班。
由于光速不变原理的可证伪度极高,所以难免总有一天会有光速可变的试验出现。这才真正是狭义相对论的软肋。
总而言之,相对论不顾光是波从而不遵循相对性原理这一事实,强行要光遵循相对性原理;也顾不得光和所有物体没有分身术一样,强行要光具有不可思议的分身术,并美其名曰:光速不变原理。狭义相对论完全是在这两条原理的基础上发展起来的。
[楼主]  [74楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/10 08:59 

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 [75楼]  作者:schrodinger  发表时间: 2008/09/10 09:10 

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[楼主]  [76楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/10 16:09 

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[楼主]  [77楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/10 20:16 

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[楼主]  [78楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/10 20:31 

 [79楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/09/10 21:24 

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[楼主]  [80楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/11 08:48 

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[楼主]  [81楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/11 08:48 

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[楼主]  [82楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/11 15:41 

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[楼主]  [83楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/11 15:43 

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[楼主]  [84楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/11 16:14 

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[楼主]  [85楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/12 08:25 

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[楼主]  [86楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/12 15:28 

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[楼主]  [87楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/12 15:45 

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[楼主]  [88楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/09/12 16:33 

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 [89楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/09/12 23:47 

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 [90楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/09/13 10:22 

叶波也算反相的化石及人物了。怎么连干涉条纹移动是如何产生的都搞不清楚。

虽然是反相浅说,也不能反相胡说呀。

你87楼的试验,杆缩的再厉害,正反两束光走的距离始终是一样的,到达屏幕的时间差始终是0,根本不会有条纹移动。

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