迈克耳孙-莫雷实验是为了观测"以太风>"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。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。对于迈克耳孙干涉仪,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。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. 实验结果证明,不论地球运动的方向同光的射向一致或相反,测出的光速>都相同,在地球同设想的"以太"之间没有相对运动。当时迈克耳孙因此认为这个结果表明以太是随着地球运动的。 人们在不同地点、不同时间多次重复了迈克耳孙-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。如1958年利用微波>激射所做的实验得到地球相对以太的速度上限是3×10-2 km/s[3]>,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[4]>。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。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。 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。因此,几乎所有的教科书在讲到迈克尔逊-莫雷试验时,都要提到"有人提出光速是相对光源的速度,于是迈克尔逊-莫雷实验以太阳光做实验,无法得到干涉条纹的移动"。 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。引入这条规律后,成功地解释了实验结果。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,提出的光速不变和光速不受光源速度和观察者的影响,建立了狭义相对论>。
不是因为相对论是真理,而是里茨>的考虑不周,成就了相对论,于是爱因斯坦取得了巨大的胜利和空前的成功。为什么这样说呢?先讲一个故事。 有一个楚国人乘船渡江,一不小心,把佩带的剑掉进了江里。他急忙在船沿上刻上一个记号,说:"我的剑就是从这儿掉下去的。"船靠岸后,这个人顺着船沿上刻的记号下水去找剑,但找了半天也没有找到。船已经走了很远,而剑还在原来的地方。用刻舟求剑的办法来找剑,不是很糊涂吗? 这个故事告诉我们:世界上的事物,总是在不断地发展变化,人们想问题、办事情,都应当考虑到这种变化,适合于这种变化的需要。 690年惠更斯在建立光的波动学说时,提出了一条原理即惠更斯原理。它的内容是:介质中波到达的各点都可以看作发射子波的波源,在以后任一时刻,这些子波的包迹就是新的波阵面。根据惠更斯次波原理【1】,任何时刻任何波动的波面上的每一点都可作为次波的波源,各自发出球面次波。因此,任何波动在传播过程中,遭遇到的任何媒质或障碍物,都可以把该障碍物的表面的每一点或媒质作为次波的波源,各自发出次波。故任何波动在前进中遭遇不同运动速度的物体或媒质就能以该物体表面的每一点或媒质作为次波的波源,波动的速度就随着与波相接触或遭遇的次波源(物体)速度的变化而产生相应变化。波速是波动相对于次波源的速度,波动具有相对次波源在发射次波时刻的运动速度为光速的性质。 波速是波动相对于次波源的速度,而次波源的速度是指次波源发射次波时刻的速度,不是次波源发射次波时刻之前的速度,也不是次波源发射次波时刻之后的速度。因为次波源的速度是随时变化的。次波的速度不可能在所有时刻相对于某个次波源都为C。 当一束太阳光从太阳射入地球上的一镜面A并从镜面反射出来,当人们检测该束光的速度是相对于次波源的镜面A的速度而不是相对初始光源的速度。因为光波的次波源象刻舟求剑故事中的船一样是不断运动和变化(空间位置)的。如果检测者测定光波的速度总是相对初始光源的速度而不管该光波已经被不同速度的次波源发射(反射)的情况,那就跟刻舟求剑故事中的楚人一样糊涂了。
总之,相对论所有用来证明光速不变的任何实验(证据),都可用惠更斯的次波原理给出完美的解释和分析。 |