个人介绍
相对论与量子理论-时空与微观世界探秘 北京师范大学 赵峥
提供学校: 北京师范大学
院系: 物理系
专业大类: 物理学
专业: 理论物理
课时: 64

赵峥老师用通俗易懂的语言为我们介绍了相对论,还有关于宇宙以及世界的一些神奇的探索。而且赵老师有丰富的历史背景知识,为我们讲述了物理大师们的趣闻趣事。

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教师团队

赵峥 教授

部门:物理

职位:理论物理博士生导师

2.2 迈克尔逊-莫雷实验

迈克尔逊-莫雷实验,是1881年迈克尔逊和莫雷在德国做的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速差值的一项著名的物理实验。但结果证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的,由此确定了光速不变原理,从而动摇了经典物理学基础,成为近代物理学的一个发端,在物理学发展史上占有十分重要的地位。

实验内容

如果以太存在,且光速在以太中的传播服从伽利略速度叠加原理:

假设以太相对于太阳静止,实验坐标系相对于以太以公转轨道速度u沿光线2的方向传播, 由于光在不同的方向相对地球的速度不同,达到眼睛的光程差不同,产生干涉条纹。从镜子M反射,光线1的传播方向在MA方向上,光的绝对传播速度为c,地球相对以太的速度为υ,光线1完成来回路程的时间为2d/C,光线2在到达M2和从M2返回的传播速度为不同的,分别为C+υ和C-υ,完成往返路程所需时间为:d/(C+u)+d/(C-u).光线2和光线1到达眼睛的光程差为:c[d/(C+u)+d/(C-u)-2d/C]=2du^2/(C^2-u^2)。

干涉仪整体可以旋转,旋转的过程中,以太速度方向与实验参考系中光线2的夹角改变,从而使得速度分量u改变,旋转90°时,光线1和2交换了状态,光程差可以增加一倍。:ΔL=4du^2/(C^2-u^2)≈4du^2/C^2。移动的条纹数为ΔL/λ。

实验中用钠光源,λ=5.9×10^-7m;

地球的公转轨道运动速率为:υ≈10^-4C;干涉仪静止参考系下的光程2d=11m,

应该移动的条纹为:ΔN=2×11×(10^-4)/λ=0.37。

迈克尔逊和莫雷将干涉仪装在十分平稳的大理石上,并让大理石漂浮在水银槽上,可以平稳地转动。并当整个仪器缓慢转动时连续读数,这时该仪器的精确度为0.01% ,即能测到1/100条条纹移动,用该仪器测条纹移动应该是很容易的。迈克尔逊和莫雷设想:如果让仪器转动90度,光通过OM1、OM2的时间差应改变,干涉条纹要发生移动,从实验中测出条纹移动的距离,就可以求出地球相对以太的运动速度,从而证实以太的存在。但实验结果是:未发现任何条纹移动。在此之后的许多年,迈克尔逊-莫雷实验又被重复了许多次,所得都是零结果。


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