他们用5分钟证明了相对论,在100年前的今天( 四 )

最著名的“失败”实验

但是波动说还没有完全取得胜利。在那个年代,波动说的解释依赖以太的存在,可是以太又是什么样子?

19 世纪的物理学家并不怀疑以太的存在,只是在解释它的性质方面遇到了重重困难。比如,偏振现象表明光存在相对于传播方向的横向振动,这说明以太是一种弹性固体,因为在空气这样的弹性流体中不会发生这样的现象。但是,如果以太是一种固体,那么行星又怎么能穿过它呢?

为了检验以太的性质,1887 年,在美国的克利夫兰进行了著名的迈克尔逊-莫雷实验,由阿尔伯特·迈克尔逊(Albert Michelson,1852-1931)和爱德华·莫雷(Edward Morley,1838-1923)设计。实验的原理很简单:如果地球在以太中运动,那么当光线顺着以太运动时,它的速度应当比逆行的时候要快,就像顺着水流游泳要更轻松一样。

为了保证实验装置处在水平、稳定的位置,迈克尔逊和莫雷将它安放在一块漂浮在水银中的大理石板上。他们让一束光从光源(a)出发,经过一面与光传播方向成 45 度角的半透明分光镜(b),镜片让一部分光直接通过,另一部分光被反射,分别到达两面镜子(c、d)。如果光束到达两面镜子并返回的时间不同,就会出现相位差,最终在中间形成干涉条纹。并且随着仪器转动,光的路径与以太流动方向的相对位置发生变化,那么干涉条纹应当会发生移动。

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