15-2迈克尔孙莫雷实验

迈克耳逊——莫雷零结果的意义 1）电磁场方程组不服从伽利略变换。 2）在一个惯性系内采用光学实验无法确定该惯 性系相对于其他惯性系的运动,即电磁现象服从 相对性原理。
问题：
电磁场方程组不服从伽利略变换
矛 盾
电磁现象服从相对性原理 太原理工大学物理系
为了克服牛顿力学的困难。从根本上解决电 磁学与经典力学的矛盾，爱因斯坦于1905年， 发表了《论运动物体的电动力学》一文，提出 了狭义相对论的两个基本假设。
§15-2 迈克耳孙 — 莫雷实验
历史背景 19世纪末电磁学有了很大发展，1865年，麦克 斯韦总结出电磁场方程组；预言了电磁波的存在， 指出在真空中电磁波沿各个方向的速率均为光速c。 1888年赫兹在实验上证实了电磁波的存在。 但是，在伽利略速度变换中，光速在一个参 考系中若是c，在另一参考系中必不是c。电磁理 论与伽利略变换相矛盾。 电磁场方程组在哪个参考系成立呢? 太原理工大学物理系
4
代入上式计算得
实验结果
N 0.4
N 0 是否为仪器精度造成？ 仪器可测量精度 N 0.01
实验未观察到地球相对于“以太”的运动. 人们为维护“以太”观念作了种种努力， 提 出了各种理论 ，但这些理论或与天文观察，或与 其它的实验相矛盾，最后均以失败告终 . 太原理工大学物理系
迈克耳逊——莫雷零结果的意义 1）电磁场方程组不服从伽利略变换。 2）在一个惯性系内采用光学实验无法确定该惯 性系相对于其他惯性系的运动，即电磁现象服 从相对性原理。
-u
c u
c
c 2 u2
s' 设“以太”参考系为S系，实验室为 系
GM 2 GM1 l
M2 M1 G M1 G时间
l l t1 cu cu
G M2 G时间
s
G
T
u
2
2l t2 2 2 c u
2 ct
u t t 2 t1 l 3 c
0
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将整个干涉仪绕中心旋转90度,两束相干光 的相位差为-Δ，旋转前后的相位差变化旋转导致条纹移动数目为
2 u2 N 2l 2 2 c
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实验中所用的数据为
l 11m, 550nm, u 3 10 m/s
问题：
电磁场方程组不服从伽利略变换
矛 盾
电磁现象服从相对性原理 太原理工大学物理系
为了解决电磁理论与伽利略变换相矛盾，在 相对论产生以前，人们普遍认为光速是相对于 一个绝对静止的参考系而言的。假设:在宇宙中 充满了一种特殊透明的物质叫“以太”，它就 是绝对静止的参考系。所有天体都是相对于这 种参考系在运动，电磁波靠“以太”传播. 为了探索“以太”的存在，很多人都进行了 实验，其中最有代表性的实验为迈克耳孙—莫 雷实验。
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为了测量地球相对于“以太”的运动,1881年, 迈克耳孙用他自制的干涉仪进行测量,按设计 （1%变化可观察），若有以太存在，则干涉仪目 镜中应有0.4个条纹移动，但长期、反复的实验结 果表明：始终没有观察到这种条纹的移动。 1887年,他与莫雷以更高的精度重新做了此 类实验,仍得到零结果——未观测到地球相对于 “以太”的运动速度,否定的结论证实了以太是 不存在的。 太原理工大学物理系
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迈克耳孙 — 莫雷实验最初的目的是为了证 实以太的存在,不幸的是却以否定的结论证实了 以太是不存在的。
在任何参考系中，光在真空中的速率均为ｃ。 设“以太”参考系为S系，实验室为 s' 系 M2 G M2 G M2 M1 -u 2 2 G
s
T
u
c
（从 s ' 系看） 太原理工大学物理系