关于空气曳引以太的测量实验方法以及原理

周家军(zhoujiajun)

（家庭地址:广西陆川县良田镇冯杏村22队,邮编:537717）

（目前所在地:广西柳州市,电子邮箱:zhoujiajun198204@126.com

摘要：以太是否存在，到现在依然是人们争论的焦点。在一百多年来，人们也设计了很多测量以太的实验，以验证以太是否存在。在实验中，人们发现水的运动部分拖动了以太，似乎可以说以太是存在的了。但是在空气中的实验却一直观察不到存在的证据，最有名的莫过于"迈克尔逊-莫雷"光干涉实验，又给了人们很大的疑惑。在此，对于空气里的传播光线，利用风扇吹动空气，使空气流动拖动以太，借助于圆的曲率，看看光线传播是否发生了偏移，或许可以检验出空气是否拖动以太，得出以太存在的实验证据。实验的方法及原理很简单，只需要一些简陋简单的器件和一个足够大的场地，就可以进行操作。掌握光学的入射和反射等一些基本知识，就可以对实验进行定量分析。

关键词：实验原理；仪器设备；拖曳以太；光线偏移。

1、绪言

菲涅耳在给阿拉果的信里曾提出一个部分曳引假说，即在透明物体中，以太可以部分地被这一物体拖曳，并于1851年由斐索流水实验证实。但是空气拖动以太却一直得不到证实。洛奇用钢盆旋转实验，也未能发现运动物体拖动周边以太的情况。

2、验证以太存在的新实验

现在有一个简单的实验，可以很容易的得出空气是否拖动以太的结论。它的实验原理如下图所示：

2.1、实验准备材料

2.1.1、光源：必须使用单向性好的激光光源，有一种儿童玩具--激光笔或激光枪可以代替使用。

2.1.2、风扇：可以是任何一种台扇或鼓风机，风速越强越好，可以多台并排使用以满足使用要求。

2.1.3、球面镜：球面镜的半径R越大越好，如果没有球面镜，可以用铁口盅之类的表面光滑的圆筒器代替。

2.1.4、投光板：可以是一堵墙或是一块长木板。

2.2、实验过程步骤

2.2.1、在一块平整的场地上，按图示布置出激光器、球面镜、投光板、风扇的位置，安装并固定妥当这些仪器。

2.2.2、用尺子量出L₄、θ1、L₃、R等各个尺寸数据，或者按照这些尺寸数据来布置仪器。

2.2.3、打开激光器的开关，将激光束以入射角θ₁射向球面镜，再经球面镜反射，回到投光板上，在板上形成一个亮点。在投光板上划上此光束光斑的记号，并用尺子记录长度L₁。

2.2.4、打开风扇开关，使风流垂直吹上入射光束。因为，如果空气的流动能拖动以太运动的话，那么会使得光线在球面镜的入射角变大，从而光线在球面镜的反射角也变大，使得其反射光束在投光板上的位置产生偏移。在投光板上划上光束光斑的记号，并用尺子记录长度L₂。

2.2.5、光斑的偏离长度ΔL=L₂-L₁。在进行实验时，如果观察到光斑产生了偏移，那么就可以肯定空气的运动的确拖动了以太。

3、关于空气流动拖动以太运动的原理

3.1、如果空气在流动时，能够拖动以太运动的话，那么，光线在运动的过程中，以太就带动光线运动，使得光线传播偏离其传播的方向，光线偏离长度为L_c=。因为光线偏离了原运动方向有一段长度，当光线运动到球面镜时，因球面镜的曲率影响，其入射角和原入射角就不相同了，同理光线的反射角也不相同，所以激光光斑在投光板上的位置就产生了偏移。

3.2、如果空气在流动时，不能够拖动以太运动，那么光线在传播过程中就不会有偏离，入射角不会有改变，反射角也不会有改变，光斑的位置也不会有改变。

4、关于光斑偏离长度的理论预计

4.1、光线的预计偏移长度，可以用下列公式计算（推导略）：

θ2=arcsin()

θ=θ2-θ1

ΔL≈(L₃+R)×tgθ+(L₃+R-R×cosθ)×tg(2θ+θ1)-(-R)×sinθ-L₃×tgθ1

L₄、V、R、θ₁、L₃、c都是常数，V是空气流动的速度，即风速，c是空气里的光速度，并且L₄、V、R、θ₁、L₃、c的值越大，光线偏移的长度就越大，观察的效果就越明显。这些数值都可事先测量出，将各项数据代入公式可估计偏移长度ΔL的大小。

4.2、若L₄=1米, V=5米/秒,R=0.1米, θ₁=80⁰,L₃=5米，c=3×10⁸米/秒，则：

ΔL=0.32mm

4.3、若L₄=1米, V=10米/秒,R=0.1米, θ₁=80⁰,L₃=10米，则：

ΔL=1.3mm

4.4、若L₄=10米, V=30米/秒,R=0.5米, θ₁=85⁰,L₃=20米，则：

ΔL=121mm

4.5、关于实验的推论结果

一般台扇的宽度的0.3米，3台风扇的宽度L₄就可达到1米，风扇距离光束的距离不能太远，最大档位时，在出口处的风速是很大的，估计可达到10～30米/秒，也可以风扇多台并排，以使风速达到使用要求。因此，在进行实验时，如果空气运动能够拖动以太的话，各项尺寸数据越大，测量结果就越明显。

5、实验注意事项

5.1、各个仪器器件在摆放安装时，必须稳固，不能有松动，投光板和光束法线要尽可能垂直。

5.2、各个仪器的位置可以用尺子按L₄、R、θ₁、L₃等尺寸的大小、方向事先规划布置，画图定位，完善后再进行仪器的安装。

5.3、实验时，记好偏移位置记号后，关闭风扇开关，看看光束有没有回到原来的位置，对此判断各仪器部件有没有松动。

5.4、因为激光光束有一定的宽度，所以光束各端面的光点在球面镜的入射角θ₁是各不相同的，在投光板上不是形成一个亮点光斑，而是形成一条光带。在规划实验时，应按最小要求的入射角θ₁进行。进行实验时，在投光板上记录光带两端的位置，并分别测量其长度L₁，满足了最小要求的θ₁、L₁，对实验是有益处的。

6、关于实验的后记

6.1、这个测量空气拖动以太运动的实验应该是相对很简单的，只是有一个场地的限制，场地半径R_oc>。像4.2、4.3、4.4的场地半径至少为R_oc>29.4、58.2、235.2米，这的确是个大问题。

6.2、希望有条件的人士去做一做，我相信结果不会令人失望的。空气的流动，会拖动以太，在日常生活中也有例证。比如说星星的闪动，就是因为高空的空气具有很大的流动性，空气流动拖动了以太运动，对星光的传播路径产生了偏移影响，使得星体对眼睛产生一闪一闪的变动。如果空气的流动没有拖动以太，对光线的传播没有影响，那么眼睛看到的星星在任何时刻都是不会闪动的，就像在太空里看到的星星一样。

6.3、关于以太，我姑且就这样描述。引进以太的概念，既和古人、前人的观点、认识保持一致，也方便读者对本文的阅读、理解。

6.4、如果条件更充足一点的人士，我希望他能去做一做地球运动拖动以太的实验，这样会具有更大的说服力。

    ***完***

参考文献：

1、周家军  《根据声音和光线在三种方式下的速度测量,对比声音和光线传播的相似性,以及光线的传播特性,充分论证出绝对静止参照系的存在以及其证明方法.》

2、《斐索流水实验》  （学习网）网站

3、《洛奇钢盆旋转实验》  《物理学史》书籍