迈克尔逊实验说明了什么

迈克尔逊实验说明了什么

摘要

迈克尔逊莫雷实验已经过去了100多年的历史，对物理学有较大的影响。

但他所得出的零结果，经过分析，主要原因是装置本来设计的原理就不

可能出现干涉条纹。而后经过众多人的讨论，最后发展出了相对论，但

抛弃了以太的思想。本文通过分析迈克尔逊的实验发现，光在参照系中

的运动也满足叠加原理，不需要做洛仑兹变换．

1 引言

20世纪80年代以来迈克尔逊－莫雷实验，是1887年迈克尔逊和莫雷在美国克利夫兰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。它是基于19 世纪流行的“以太”学说设计的,当时认为光的传播介质是“以太”。由此设计一个实验：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。如果存在以太，则当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运动的方向测量的光速（当我们对光源运动时）应该大于在与运动垂直方向测量的光速（当我们不对光源运动时）。

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，仪器在实验坐标系中相对于以太以公转轨道速度向右运动。光源发光经分光镜分光成两束光，光束1经反光镜M1反射再经分光镜投射到观测屏。

图1光路图

Figure 1 Diagram

光束2反光镜M2反射再经分光镜投射到观测屏，与光束1形成干涉。光在以太中传播速度为，地球相对以太的速度为。光束1到达M1和从M1返回的传播速度为不同的，分别为和，完成往返路程所需时间

为：。光束2完成来回路程的时间为，光束2和光束1到

达观测屏的光程差为。

然后让实验仪器整体旋转90度，则光束1和光束2到达观测屏的时间互换，使得已经形成的干涉条纹产生移动。改变的量为

。移动的条纹数为。

实验中用钠光源，；地球的公转轨道运动速率

为：；干涉仪光臂（分光镜到反光镜），

应该移动的条纹为：

。

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°，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。【1】

2 对上述实验进行分析

我们重新分析上面的计算过程：

光与速度方向相同第一过程，光到达反射镜的距离增加

光与速度方向相反第二过程，光到达反射镜的距离增加

光与速度方向垂直第三过程，光程为

光与速度方向垂直第四过程，光程为

得到光行差t1+ t2 -t3- t4=0

我们在按照光在任何惯性系中的速度恒为c计算

光与速度方向相同，第一过程，光到达反射镜的距离增加

光与速度方向相反，第二过程，光到达反射镜的距离增加

光与速度方向垂直，第三过程

光与速度方向垂直，第四过程

得到光行差不为零。

迈克尔逊实验是光速测量的二次实验，是得不出干涉条纹的，如果我们测量在不同运动系中的光所用的时间就可以得出，这个实验就是光拍频实验【2】与罗默测光速实验【3】。这两个实验都得出光速符合叠加原理。所以，迈克尔逊实验验证了伽利略变换的正确性，也说明光在运动参考系中的速度符合叠加原理。

3 其他一些思考

光速不变的概念是麦克斯韦在计算C=时，这里的仅表示相对于绝

对静止的惯性系以太作出的论断，在惯性系中是如何变化，我们还没有研究清楚。

类比的说声速的公式v=，则说声速是个常数，在任何惯性系中都相同。

同样的道理可类比的推导出类似于洛仑兹变换的变换公式。如果我们只是用耳朵去感官这个世界，则会得出声速不变的相对论，当然它不是客观反应实物的本质

的，那么用眼睛看到的相对论会是客观反应实物的本质吗？洛仑兹因子主要是通过将惯性系中的速度与光速的叠加等效变换为光速，在对长度与时间同时变换，在进行计算，实际上是给出了一个参考系就是光在以太中的速度。与相对论第一条违背。

4结论

本文就迈克尔逊实验得到的结果重新进行分析，认为迈克尔逊实验零结果是必然的结果，证明不了以太是否存在，恰好证明了光在惯性系中的速度满足速度叠加原理。并不是光在任何参考系中的速度都为常数。由此可见，以太论并没有被证明不需要，反而抛弃了以太是无法说明正确的时空观的。在下一篇《动态的以太-质元的平动》中阐明以太与近代物理学的关系。