测不出“以太”——迈克尔孙

迈克尔孙

迈克尔孙（Albert Abraham Michelson，1852—1931），美国物理学家，因为精密光学仪器的设计和借助这些仪器进行的光谱学和计量学的研究工作做出的贡献获得1907年的诺贝尔物理学奖。他是著名的实验物理学家，以精密测量光的速度和以空前精密度进行以太漂移实验而闻名于世。他发现的以他的名字命名的干涉仪至今还有广泛的应用。曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席，美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员。

迈克尔孙1852年12月19日出生于普鲁士和波兰之间有争议的地带斯特列罗（现属波兰），4岁时，随双亲经纽约和巴拿马迁居到旧金山。其父亲先在加州，后到内华达州的弗吉尼亚城作了淘金热矿工中的商人。迈克尔孙小学六年级后寄宿在旧金山的亲戚家，以后又寄宿到旧金山的男子中学校长布雷德利的家中。看来布雷德利引导了小迈克尔孙对科学发生了兴趣，发现并勉励他在实验方面的才能。在布雷德利的建议下，迈克尔孙参加了美国海军军官学校的州内选拔。但是，在学业考试后有三个孩子同列第一名，另一人被选派入学。小迈克尔孙决心持他所在地区的一位众议院议员的一封推荐信去白宫申诉。1869年他来到华盛顿，见到了格兰特总统，获得格兰特总统命令，去安纳波利斯报到。

迈克尔孙在1873年应届毕业后，到海上进行了几次巡航；随后重被任命到海军军官学校当物理科学教师。1877年4月10日，迈克尔孙与出生于纽约一个富裕家庭的海明威（M.Heminway）结婚。

1878年，迈克尔孙在教授物理课时，对改进在地面上测量光速的傅科法产生了兴趣。1878年7月，迈克尔孙从岳父那里获得了2000美元的赠款，得以改进旋镜装置来完善他的实验。这是在斐索、傅科、考纽之后的第四次地面光速测量。航海历书局局长纽科姆对他的工作产生兴趣。 1878—1879年迈克尔孙发表了第一批科学报道和论文，并开始在一项由政府发起的计划中与纽科姆合作，对光速的测量作了进一步改进。1880—1882年，他被批准请假到欧洲去当研究生。在柏林他跟随亥姆霍兹学习，在海德堡跟随昆开学习，在巴黎跟随考纽、马斯卡特和李普曼等人学习。

1880—1881年冬季，迈克尔孙在亥姆霍兹的实验室工作，他想到一种方法尝试麦克斯韦设想的二级测量，来检验地球相对于那个假设的无所不在的光以太的运动。凭着贝尔（A.Bell）在柏林仪器制造厂家施米特与汉胥公司的资金，迈克耳孙设计了一台称作干涉折射计的仪器，以后他就用这台仪器来检测这个相对运动或称“以太风”。检测的方法是将单一光束分成互相垂直的两路，来比较这两路的光速。在两次观测中整个基座可以旋转。预期两束光复合时会产生干涉条纹，而在不同的方位干涉条纹会移过基准线给出一定数据从而计算出地球穿过空间相对于以太或“恒”星的“绝对运动”。第一次以太漂移实验是在柏林做的，后来又在波茨坦天文物理学观象台进行过，都得到了令人失望的零结果。仪器本身极其灵敏，而且灵活多用，但是波特尔和后来洛伦兹所指出的实验设计上的误差，结合零结果本身，以及在理论上什么是“绝对速度”的一些困难，使得后来迈克尔孙认为实验是失败的。于是菲涅耳关于普遍静止以太的假说和斯托克斯关于天体光行差的假说都受到了怀疑。

19世纪80年代人们普遍接受的光的波动学说简单地假定了媒质“以太”的存在，它必须充满分子之间的空间，不管是透明体还是不透明体，还必须充满星际空间。因此，在宇宙中它一定是静止不动的，从而为测量地球速度提供了参照构架。迈克尔孙大胆否定了静止以太这一假说的确实性，不过他仍然保持着依靠某种以太来说明光的传播现象。不久，为了解释为什么在地面上迈克尔孙干涉仪察觉不到任何的相对以太风或相对运动，看来需要提出某些特殊假说。这个疑难激起了洛伦兹、W.汤姆孙（后称开尔文勋爵）、费兹杰惹以及其他一些人的兴趣。
 

本文章更多内容：1 - 2 - 3 - 下一页>>

本页地址