第三部分 实验的完善A、从以上第一部分和第二部分的描述和推导可以得出如下结论:一、无论以太是否真的存在,或利用早、晚时分太阳光相对于地球表面的速度差,或采用将实验装置旋转90度的方法进行实验观测,只要两条干涉臂长度完全相等(即△d=0)时,均不可能观测到干涉条纹的移动;二、当两条干涉臂长度不相等(即△d≠0)时,则:1、在以太存在的情况下1.1、利用早、晚时分太阳光相对于地球表面的速度差进行实验时,不可能观测到干涉条纹的移动;1.2、利用观测装置旋转90度进行实验时,有可能观测到干涉条纹的移动,但需要提高实验观测装置的精度二个数量级以上;2、在以太不存在,但光的反射与透射符合弹性碰撞理论的情况下 2.1、利用早、晚时分太阳光相对于地球表面的速度差进行实验时,在实验装置观测精度不变的情况下,△d必须大于0.63或1.26mm(视实验所使用光的波长而定,波长越长,数值越大)才有可能观测到干涉条纹的移动。若实验装置观测精度提高,则△d值可随着减小; 2.2、利用观测装置旋转90度进行实验时,不可能观测到干涉条纹的移动。B、为完善本实验,我们可以有如下几项措施:一、提高实验装置观测精度二个数量级以上;二、调整两条干涉臂的长度,使其差值在1.26mm以上;三、改变利用太阳光的方式: 1、利用早晨与中午或中午与傍晚时的阳光。前者为:早晨地球表面朝太阳运动,而中午地球表面与太阳的相对运动为0(但地球公转速度可能起作用);后者为:中午地球表面与太阳的相对运动为0,傍晚地球表面远离太阳运动; 2、把旋转实验装置90度改为旋转实验装置45度。上面的第一、二条措施在前面已经叙述,在此不再详述。下面重点对第三项措施进行剖析:四、在以太真的存在且相对与太阳静止的情况1、利用早晨与中午阳光进行实验(傍晚的类似,不重复):1.1、早晨时的光程差同(式1),即:△t1=T1-T2=2D/(C2-V2)0.5- [d /(C+V)+ d /(C-V)] (式1)1.2、中午时的光程差为:当长度为D的干涉臂指向正北、长度为d的干涉臂指向正东时,如图三所示:1.2.1、不考虑地球公转运动时△t午=T午1-T午2=2D/C-2d/C (式22)△t=(△t午-△t1)=2D[1/C-1/(C2-V2)0.5]-2d[1/C-C/(C2-V2)] (式23)δ=C×△t=2D(1-1/k)-2d(1-1/k2) (式24)设:D=d+△d 代入式(24)并整理后得:δ=2d(1/k2-1/k)+2△d(1-1/k) (式24a)△N=δ/λ=[2d(1/k2-1/k)+2△d(1-1/k)]/λ (式25)1.2.2、考虑地球公转运动且运动速度记为U时△t午=T午1-T午2=2D/(C2-U2)0.5- [d /(C+U)+ d /(C-U)] △t=(△t午-△t1)=2D[1/(C2-U2)0.5-1/(C2-V2)0.5]-2dC[1/(C2-U2)-1/(C2-V2)] (式26)δ=C×△t=2D(1/Ќ-1/k)-2dC(1/Ќ2-1/k2) =2d[(1/Ќ-1/k)-C(1/Ќ2-1/k2)]+2△d(1/Ќ-1/k) (式27)上式中Ќ=(C2-U2)0.5△N=δ/λ={2d[(1/Ќ-1/k)-C(1/Ќ2-1/k2)]+2△d(1/Ќ-1/k)}/λ (式28)当△d=0时,(式27)和(式28)可分别简化为:δ=C×△t=2d[(1/Ќ-1/k)-C(1/Ќ2-1/k2)] (式27a)△N=δ/λ=2d[(1/Ќ-1/k)-C(1/Ќ2-1/k2)]/λ (式28a)从以上(式25)和(式28)可知,当D=d,即△d=0时,干涉条纹移动数也不再为0,在地球自转与公转速度确定的情况下(Ќ和k为定值)仍可以通过调整干涉臂长D或d来控制干涉条纹的移动数目。 2、把实验装置旋转45度: 2.1、朝太阳运动时,光路1、2的合成速度如下图四所示 旋转前的时间差同(式1):△t1=T1-T2=2D/(C2-V2)0.5- [d /(C+V)+ d /(C-V)] (式1) 设:D=d+△d则有: △t1=T1-T2=2d[1/(C2-V2)0.5-C/(C2-V2)]+2△d/(C2-V2)0.5 (式1a)旋转45度后的时间差:△t旋=T旋1-T旋2=2D/[(C+Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5-2d/[(C+Vcos45)2-(Vsin45)2]=2△d/[(C+Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5 (式29)△t=(△t旋-△t1)=2△d{1/[(C+Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5-1/(C2-V2)0.5}-2d[1/(C2-V2)0.5-C/(C2-V2)] (式30)δ=C×△t=2△d{C/[(C+Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5-1/k}-2d/(1/k-1/k2) (式31)△N={2△d{C/[(C+Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5-1/k}-2d/(1/k-1/k2)}/λ (式32)当△d=0时,(式31)和(式32)分别可简化为:δ=C×△t=-2d/(1/k-1/k2) (式31a)△N=-2d/(1/k-1/k2)/λ (式32a) 2.2、朝远离太阳方向运动时,光路1、2的合成速度如上图四所示 旋转前的时间差同(式2):△t2=t1-t2=2D/(C2-V2)0.5- [d /(C-V)+ d /(C+V)] (式2) 设:D=d+△d则有: △t2=t1-t2=2d[1/(C2-V2)0.5-C/(C2-V2)]+2△d/(C2-V2)0.5 (式2a)旋转45度后的时间差:△t旋=t旋1-t旋2=2D/[(C-Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5-2d/[(C-Vcos45)2-(Vsin45)2]=2△d/[(C-Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5 (式33)△t=(△t旋-△t2)=2△d{1/[(C-Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5-1/(C2-V2)0.5}-2d[1/(C2-V2)0.5-C/(C2-V2)] (式34)δ=C×△t=2△d{C/[(C-Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5-1/k}-2d/(1/k-1/k2) (式35)△N={2△d{C/[(C-Vcos45)2-(Vsin45)2]0.5-1/k}-2d/(1/k-1/k2)}/λ (式36)当△d=0时,(式35)和(式36)分别可简化为:δ=C×△t=-2d/(1/k-1/k2) (式35a)△N=-2d/(1/k-1/k2)/λ (式36a) 总之,由以上分析可以发现:当采用早晨或傍晚与中午的阳光进行对比观测,或者采用旋转45度前后的阳光进行对比观测时,均可以在两条干涉臂长度完全相等时仍出现干涉条纹移动。只要适当选择干涉臂的长度,就可以控制干涉条纹的移动数目。从而达到肯定或否定以太的存在,或更进一步发现光的运动规律及运动光源光波的运动速度等。 |