142迈克耳孙莫雷试验
迈克耳逊-莫雷实验的解释及意义
,
任 一 方 向恒
思 想前提 不 成 立
。
第 二 相对 论 认 为 经 典 力 学
, ,
为
,
并 与光 源 运 动 无 关
, 一
由这 个 假 设 可 知 在
的成 立范 围是 速 度远 小 于光 速 的宏 观物 体 而 上 述 推理 中 运 用 了 经 典 力 学 的 速 度 合 成 公 式 因 此 推理 过 程 不 正 确 综 上 所述
一
迈 莫实验
一
解释
意义
。
迈 克耳 逊 莫 雷 实 验 是 物 理 学 中 的 一 个 重 要 实验 在物理 学 发展上起着重要 作 用 在相对
, 。 , 。
有 发 现 相 干 条纹 移 动
2
.
实验 推 出
“ ”
,
“ v
一 o 的 结 论值 得商榷
’
”
论 产 生之前
已 有不 少 物理学 家给 出了解释
, 。
但
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.
`
”
,
由于 历 史的 限 制 他 们 的 解 释 都 欠妥 只 有 相 对
。
并 设它相 对于地 球的速 度 为
1
一、
v
。
若
论 才 能 正 确 解 释 和 评 价 这 个 实验 的 价 值
1
.
干涉 仪臂长 公式 光 由
。
一L \ ( 一L
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后 两 束光 重 新 会 合
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一
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迈克尔逊-莫雷实验
迈克尔逊-莫雷实验一、经典时空观存在绝对静止的参照系是经典时空观的核心。
人们在原始状态下，总从自我的感觉出发认识世界。
并总以自我为中心，来处理一切事物。
从这点上说，哥白尼的贡献是相当伟大的。
他启示了人们要站在公正的角度看问题。
“以太”(ether)一词来自古希腊亚里士多德，他以为，人们用纯粹思维可以找出制约宇宙的定律，不必要用观测去检验它。
他把地上物质与天上物质人为划开，认为天上是由与地上污浊的物质不同的纯洁的物质即“以太”组成。
此外他相信存在一个优越的静止状态，任何没有受到外力和冲击的物体都采取这种状态。
特别是他以为地球是静止的。
经典力学打破了天上与人间的不同，并且否定静止存在唯一标准。
人们可以讲，物体A静止而物体B以不变的速度相对于物体A运动，或物体B静止而物体A运动，这两种讲法是等价的。
牛顿对绝对位置或被称为绝对空间的不存在感到非常忧虑，因为这和他的绝对上帝的观念不一致。
事实上，即使绝对空间的不存在被隐含在他的定律中，他也拒绝接受。
他思考了这样一个实验，即水桶中水的旋转。
(1) 开始时，桶旋转得很快，但水几乎静止不动。
在粘滞力经过足够的时间使它旋转起来之前，水面是平的，完全与水桶转动之前一样。
(2)水和桶一起旋转，水面变成凹状的抛物面。
(3)突然使捅停止旋转，水面仍然保持凹状的抛物面。
牛顿就此分析道，在第(1)(3)阶段里，水和桶都有相对运动，而前者是水平的，而后者水面凹下：在第(2)(3)阶段里，无论水和桶有无相对运动，水面都是凹下的。
牛顿由此得出结论：桶和水的相对运动不是水面凹下的原因，这个现象的根本原因是水在空间里绝对运动（即相对于牛顿的绝对空间的运动）的加速度。
绝对空间在哪里牛顿曾经设想，在恒星所在的遥远地方,或许在它们之外更遥远的地方。
他提出假设,宇宙的中心是不动的,这就是他所想象的绝对空间.从现今的观点来看,牛顿的绝对空间观是不对的。
不过，牛顿当时了清楚地意识到，要给惯性原理以一个确切的意义，那就必须把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来。
迈克尔逊莫雷实验解释与改进
迈克尔逊莫雷实验的解释与改进迈克尔逊－莫雷实验（Michelson-Morley Experiment ），是1887年迈克尔逊和莫雷在美国克利夫兰进行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。
测量中没有发现干涉条纹，是零结果。
一、实验简述迈克尔逊－莫雷实验的原理如下图（1）。
光源S 0发出的光，经半透明的分光镜M 分为两束，一束射向反射镜M1、另一束射向反射镜M2，两束光再分别经M1和M2反射回M ，然后再射向O 点干涉屏。
S—M1段与S—M2段长度相同为L 。
图（1）迈克尔逊干涉仪由于以太风的作用，S—M1段的时间为：22221v c L v c Lt -+-=；S—M2段的时间为：vc L v c L t -++=2，这样两段就产生了时间差021≠-=∆t t t ，时间差产生相位差，相位差产生干涉，于是O 点干涉屏上应出现干涉条纹。
然而，实验的结果却超出了人们的预料，是零结果。
这一零结果引发了对迈克尔逊－莫雷实验的多种多样的解释，其中最著名的是洛伦兹收缩以及后来的狭义相对论。
二、零结果解释迈克尔逊－莫雷实验的零结果，到底该如何理解释？真的有收缩效应吗？之前的很多解释基本上还停留在用刚体粒子的观念来解释波上，而波的很多属性是不能用粒子的观点来解释的，用波的观点来解释，其零结果就是正常而自然的结果了。
我们知道：光速与光源的速度无关，光波一经发出就脱离了光源而独立自主的传播，当光源向前走了而光波则留在其原始发出点的位置向外扩散。
那么关键问题来了，对于地球表面的光波而言当光源走了以后其相对静止的发出点是哪里？根据麦克斯韦电磁理论以及目前为止的观测实验，可以确定这个点即是地球上光源发出光波瞬间的那个相对地球静止的点。
现在回到实验本身，在实验中仪器相对于地球表面是静止的，那么光源相对于地球表面也是静止的，这时光波发出点也就是光源所在的点，当光源S 0传到M 分光镜S 点后，可以将S 点看用是一个二次光源，那么从S 点发出的光就是以S 点为中心的环形波，如下图（2）。
迈克尔孙莫雷实验原理及意义
迈克尔孙—莫雷实验原理及意义以太简介以太（Ether ）是古希腊哲学家所设想的一种物质，在笛卡尔看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。
因此，空间不可能是空无所有的，它被以太这种媒介物质所充满。
后来，以太又在很大程度上作为光波的荷载物同光的波动学说相联系。
光的波动说是由胡克首先提出的，并为惠更斯所进一步发展。
在相当长的时期内，人们对波的理解只局限于某种媒介物质的力学振动。
以太的假设事实上代表了传统的观点：电磁波的传播需要波一个“绝对静止”的参照系，当参照系改变，光速也改变。
然而根据麦克斯韦方程组，电磁的传播不需要一个“绝对静止”的参照系，1881年-1884年，阿尔伯特·迈克尔逊和爱德华·莫雷为测量地球和以太的相对速度，进行了著名的迈克尔逊-莫雷实验。
实验结果显示，不同方向上的光速没有差异。
这实际上证明了光速不变原理，即真空中光速在任何参照系下具有相同的数值，与参照系的相对速度无关，以太其实并不存在。
后来又有许多实验支持了上面的结论迈克尔孙干涉仪结构与原理M1和M2是精密磨光的平面反射镜，分别装在相互垂直的两臂上，M2固定， M1而可通过精密丝杆沿臂长的方向移动。
G1和G2是两块完全相同的玻璃板，在G1的后表面上镀有半透明的银膜，能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光。
M1和M2与G1和G2 成45°角倾斜安装。
G2被称为补偿板，是为了使光束2也同光束1一样地三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大。
由于G1银膜的反射，使在M1 附近形成M2的一个虚像M2′，因此光束1 和光束2 的干涉等效于由M1 和M2′之间空气薄膜产生的干涉，当调节M2使M1与M2相互精确地垂直，在屏幕上可观察到圆形的等倾条纹。
由以上分析，可得出两束光之间的光程差为：2cos 2λθ+=∆h ，从而可得亮环条件为2cos 2λθλ+=h m 。
若考虑到反射过程中的半波损，可得亮环条件为：θλcos 2h m =。
14-2 迈克尔逊-莫雷实验
如果相同，则坐标变换后方程组的形式应保持不 变。
问题的提出：
（1）是否有一个与绝对空间相对静止的参考系？ （2）如果有，如何判断它的存在? （3）显然力学原理不能找出这个特殊的惯性系， 那么电磁学现象呢? （4）电磁波传播的媒质是什么?
人们假定:
（1）电磁波(光)传播的媒质是以太，以太静止 在绝对空间。
设“以太”参考系为 S 系，实验室为 S'系：
G M1 G
ll t1 c v c v
2l ( 1 ) c 1v2 / c2
GM2 GM1 l M2
M1
sG
T
v
M2
M1
sG
T
v
G M2
c
c2 v2
- v
M2
-
v
c
G
c2 v2
（从 s'系看）
GM 2 GM 1 l
G
M2
G
t2 c
结论：迈克耳逊 — 莫雷实验的零结果，作为绝对 参考系的以太不存在.
物理学界大为震惊: 实验结果与伽利略变换乃 至整个经典力学不相容。
为了在绝对时空观的基础上统一说明这些实验 结果，洛伦兹等人提出各种假设，但都没有成 功。
结论：以太不存在，即否定了电磁理论适用的 绝对以太参照系；伽利略变换不正确；绝对时 空观有问题！
§14.2 迈克尔逊-莫雷实验
一、伽利略变换的困难
1. 19世纪成熟的电磁理论表明真空中光速 c 是
常量。
伽利略变换：以 u 速度运动光源发出的光速不再 是c。
2. Maxwell 方程组对伽利略变换非协变
第二节 迈克尔孙 — 莫雷实验
M2
G M1
M2
M2
2
sБайду номын сангаас
G T
v v
v c
v -v
v -v
G
c −v
2
v c
c2 − v2
系看） （从 s'系看）
设“以太”参考系为S系，实验室为 以太”参考系为 系 s' GM 2 = GM 1 = l 系 G M1 G G M2 G T
s
G M1
2l l l M t2 = t1 = + 2 2 c 1− v c c −v c + v v 2 2 v ∆ = c∆t ≈ l v ∆N = 2 ∆ ≈ 2l v 2 2 λ λc c
第二节
年
迈克尔孙－ 迈克尔孙－莫雷实验
为了测量地球相对于“以太” 为了测量地球相对于“以太”的运动 , 1881 迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量, 迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量 没有结果 . 1887年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验 年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验, 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, 仍得到零结果 运 动. 即未观测到地球相对“以太”的 未观测到地球相对“以太”
2
l = 10 m , λ = 500 nm , v = 3 × 10 m/s
4
v ∆N = ≈ 2l 2 λ λc
仪器可测量精度
2∆
2
∆N ≈ 0.4
实验结果
∆N → 0.01
∆N = 0
未观察到地球相对于“以太”的运动 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， 人们为维护“以太”观念作了种种努力， 提出了 但这些理论或与天文观察， 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 失败告终 验相矛盾，最后均以失败告终 .
迈克耳孙莫雷实验数学运算
迈克耳孙莫雷实验数学运算
迈克耳孙莫雷实验是一种有关数学运算的实验，目的是通过矩阵运算，揭示线性代数的基本原理和概念。
该实验以数学家迈克耳孙·莫雷（Michael Leyton Marray）的名字命名。
在迈克耳孙莫雷实验中，首先选择一个包含多个数的向量，然后对每个数字进行一系列的数学运算，如乘以某个矩阵、加上一个向量等。
通过对这些数学运算的顺序和方式进行调整，可以观察到不同的结果。
迈克耳孙莫雷实验展示了线性代数中的几个重要概念，包括线性空间、线性变换、向量空间等。
通过这些实验，可以更直观地理解线性代数的基本原理，并应用于实际问题的解决中。
需要注意的是，迈克耳孙莫雷实验仅仅是一种工具和方法，主要用于教学和理论研究中，而非实际应用。
它能够帮助学习者更好地理解和运用线性代数的概念和原理，但并不代表实际的数学运算或计算机应用中的具体操作。
迈克尔逊-莫雷实验(彩板)
迈克尔逊－莫雷实验迈克尔逊干涉仪是1880年美国物理学家迈克尔逊为研究“以太”漂移速度实验设计制造出来的。
1887年，他和美国物理学家莫雷合作进一步用实验结果否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭义相对论开辟了道路。
由于发明了精密的光学仪器和借助这些仪器所做的基本度量学的研究，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。
迈克尔逊－莫雷实验：在弄清光波的电磁本质之前，就已经提出光的波动理论并得到完善，以太存在的假设是很自然和必要的。
所谓以太就是光波借以传播的弹性介质，就象声波是借助空 气而传播一样。
以太观念提出后，很自然想到或许就是牛顿体系中的绝对空间。
因此，一度有许多实验企图去发现地球相对于以太的速度，从而规定出绝对空间。
实验分析：从'S 系来看，光线①从G M G →→1所需的时间)1(2221c v c l v c l v c l t -=++-=光线②从G M G →→2所需的时间为2/1222)1(2cv c lt -=两束光到达望远镜的时间差约为2221cv c l t t t ⋅≈-=∆于是两光束的光程差为22cv l t c ⋅≈∆=δ仪器旋转90˙过程中，望远镜视场中应看到干涉条纹移动N ∆条。
2222clv N λλδ==∆ 实验观察不到预期的理论效果，没有预期的条纹移动。
为了解释迈克耳逊--莫雷实验的否定结果，曾经提出了以下一系列的假说。
1．充满运动物体内的以太，完全被这一物体所带走，正象飞机密封仓的空气被飞机所带走一样，因而不存在所谓“以太流”。
这与光行差的观测结果相矛盾。
2．通过以太的运动物体，纵向线度发生收缩（平行运动方向），其收缩的比例恰好使以太流的影响被抵消。
收缩长度与原来长度之间的关系具有形式22'/1c v l l -=。
这一假说称为收缩假说，由洛伦兹和斐兹杰惹所提出(后面将看到与爱因斯坦相对性原理矛盾)。
3．运动光源所发射出来的光线速度与光源速度以矢量方式相加。
迈克尔逊莫雷实验方法
迈克尔逊莫雷实验方法1. 迈克尔逊莫雷实验是一种精密的光学实验，可以用来测量光速和探测光的传播特性。
在这个实验中，一个光源向一组互相垂直的镜子发射光线，然后将这些光线重新组合，通过检测器来测量干涉效应。
2. 实验过程可以分为以下步骤：在实验室中，在光源前方设置一架透镜光源，将光线透过光源照射到半银镜上，并将光线分成两个相互垂直的光路，每个光路都包含一个标准长度和检测器。
3. 在实验过程中，我们用一个准确的时间计算光束在每个路径上行进的时间，通过比较这些时间，在测量均匀介质中光速的还可以检验相对论的影响。
4. 这个实验方法基于干涉测量技术，利用光路的干涉现象，可以测量精确的光周长时间，并且以此计算出光速和其他参数，因此该方法被认为是精密测量中最准确的之一。
5. 迈克尔逊莫雷实验中需要使用高精度的光学仪器，包括光源和检测器，半银镜和透镜等，这些仪器需要进行精密的校准和保养，以确保实验结果的准确性。
6. 实验中需要注意的一个关键因素是光路长度的可变性，这会导致干涉效应的变化，因此需要采取适当的措施来消除这些变化，例如使用恒定长度的光路或利用干涉效应来测量光路长度。
7. 迈克尔逊莫雷实验还可以用于测量其他物理量，例如检测风速和测量大气折射率等，这些测量均需要精密仪器和准确的实验方法。
8. 在科学研究中，迈克尔逊莫雷实验对量子力学和相对论的发展产生了深远的影响。
该实验证实了光的速度是恒定不变的，这为相对论的诞生提供了重要证据。
9. 迈克尔逊莫雷实验也对测量微小物理现象，如引力波产生的重要性，具有重要的意义。
实验结果可以为研究引力波产生提供重要的参考和标准。
10. 迈克尔逊莫雷实验是一种重要的精密测量方法，具有广泛的应用和重要的科学意义。
在未来的实验中，我们可以通过进一步的优化实验方法和仪器来更好地发掘这项技术的价值。
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
四 对实验结果的几种解释
1.地球相对以太静止论
地球为绝对参照系， 地球为绝对参照系，光速在地球上恒为 C 且各向同性。这 且各向同性。 样显然光程差为零，在地球上实验条纹不移动。 样显然光程差为零，在地球上实验条纹不移动。但此解释必然 得出地球是宇宙中心的结论，同时太阳光在地球周围各向同性， 得出地球是宇宙中心的结论，同时太阳光在地球周围各向同性， 但太阳相对地球运动，仍不符合经典速度合成。 但太阳相对地球运动，仍不符合经典速度合成。
第十四章 相对论
10
物理学
第五版
1414-2 实验结果
迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验
∆N = 0
迈克耳逊——莫雷实验的零结果，说明了“以太”本 莫雷实验的零结果，说明了“以太” 迈克耳逊 莫雷实验的零结果 身不存在。 身不存在。 1907年迈克耳逊因创制精密光学仪器而获得诺贝尔 1907年迈克耳逊因创制精密光学仪器而获得诺贝尔 物理学奖
第十四章 相对论
1
物理学
第五版
1414-2
迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验
设“以太”参考系为 S 系 以太” 实验室为 S' 系
对光线（ ） 对光线（1） ：O → M1 →O
“以太”参考系 以太” 是绝对静止系
M2
2l1 1 l1 l1 = t1 = + c 1− v2 / c2 c +v c −v
Σ
第十四章 相对论
5
物理学
第五版
本章目录
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1414-0 教学基本要求 1414-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 14-2 迈克耳孙-莫雷实验 迈克耳孙141414-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 1414-4 狭义相对论的时空观 1414-6 相对论性动量和能量
迈克耳孙-莫雷实验
迈克耳孙－莫雷实验背景“以太”（ether）是古希腊人设想的一种表示天空构成的元素，它在天空中弥散着，并且对天体的运动不产生阻碍作用。
后来，在物理学思想的发展中，“以太”作为一种特殊物质被引进物理学。
17世纪，法国科学家笛卡儿为了解释物体之间的作用力，特别是万有引力现象，最先赋予了以太以某种力学性质。
在他看来，空间被以太这种连续的媒质所充满，物体之间的所有作用力都是通过它的应变和运动来传递的，不存在任何超距作用。
当胡克和惠更斯提出光的波动说时，以太又充当了光波的载体。
因为按照当时的力学理论，任何波动都是某种媒介物质的力学振动的传播。
由于光可以在真空中传播，因此以太必然是充满全部空间的，包括真空和对于光是透明的各种物体之中。
这样，充满整个宇宙的绝对静止的以太，就成了牛顿绝对时空观的物质框架。
因而通过“以太漂移”的实验探索以太的存在状态，就成了非常重要的问题。
1728年英国天文学家布莱德雷（J．Bradley，1693－1762）所发现的“光行差”现象，可以看作是关于“以太漂移”的早期观测。
但是，如果以太完全不被地球拖曳，运动着的地球就应当感到有“以太风”，这种以太风将会对从不同方向射到地球的星光产生不同的影响，这些速率不同的光线就会在通过望远镜的玻璃透镜时呈现出不同的折射率。
从这种考虑出发，1810年法国科学家阿拉果（D．F．J．Arago，1786－1853）用望远镜观察来自不同方向的恒星光线，企图发现由“以太风”的作用而产生的这种效应，却意外地得出了否定的结果。
1818年，菲涅耳在得知阿拉果的结果后，写信给阿拉果提出了部分拖曳假说。
他指出，只要假设以太有确定的一部分被运动物质曳引，就可以同时使布莱德雷和阿拉果的实验得到解释。
1871年，英国天文学家艾里（G．B．Airy，1801－1892）用充水的望远镜测量了光行差，证实了菲涅耳的预言。
1851年，法国物理学家菲索（Ａ．H．L．Fizeau，1819－1896）设计了一个实验，实验结果都证实了菲涅耳的以太部分拖曳假说。
谈谈迈克耳逊——莫雷实验
。
而 实 验结果 却 使整个 科 学 界 大 为 震 惊
( 二 ) 迈克 耳 逊
间之差
。 ,
莫雷 不 是去 测 量 一 束 光 行程 所 需 的时 间
。
,
而 是观察 两 束光 在行程 中所 需时
,
图(
1
) 表 示 迈 克 耳 逊 一 莫雷 实验 的 示 意 图
:
从光 源发 出 的光 束
2
.
经过 半镀银镜 M 时 被
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实验
,
差 不 多 所 有有关 狭 义 相 对 论 内容
轰
七 ! l 守
的教 科书都 介 绍 了 迈克 耳逊一 莫雷 实验 详 尽 的 叙述 难的
。 .
然而
,
限 于 篇幅 对 有些 问题 不 可能 作 十分 清楚 和
,
这 对 初 次 学 习 狭 义 相 对 论 的 学 生 来说
迈克尔逊—莫雷实验
迈克尔逊—莫雷实验迈克尔逊—莫雷实验1、“以太”的历史“以太”的概念有着漫长的历史。
古希腊时代，以太指的是青天或上层大气，有时也表示占据天体空间的物质；亚里士多德就曾把它视为构成天体的基本元素。
17世纪的笛卡儿首先将以太引入科学，并赋予它的力学性质。
在笛卡儿看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。
因此，空间不可能是空无所有的，它被以太这种媒介物质所充满。
以太虽然不能为人的感官所感觉，但却能传递力的作用，如磁力和月球对潮汐的作用力。
他甚至试图用以太的涡漩来说明天体的运动，例如提出涡漩携带着行星绕太阳转动。
光的波动说的始祖胡克和惠更斯为解释光现象，都假设存在着以太。
牛顿也像笛卡儿一样反对超距作用并承认以太的存在。
在他看来，以太不一定是单一的物质，因而能传递各种作用，如产生电、磁和引力等不同的现象。
牛顿也认为以太可以传播振动，但以太的振动不是光，因为光的波动学说（当时人们还不知道横波，光波被认为是和声波一样的纵波）不能解释现在称为的光的偏振现象，也不能解释光的直线传播现象。
18世纪是以太论没落的时期。
由于法国笛卡儿主义者拒绝引力的平方反比定律而使牛顿的追随者起来反对笛卡儿哲学体系，连同他倡导的以太论也在被反对之列。
随着引力的平方反比定律在天体力学方面的成功以及探寻以太未获实际结果，使得超距作用观点得以流行。
光的波动说也被放弃了，微粒说得到广泛的承认。
到18世纪后期，证实了电荷之间（以及磁极之间）的作用力同样是与距离平方成反比。
于是电磁以太的概念亦被抛弃，超距作用的观点在电学中也占了主导地位。
进入19世纪，由于光的波动论的复活和电磁理论的发展，以太问题成为科学家研究的热门课题。
在19世纪上半叶，所有研究以太问题的人都是期望建立一个合理的光理论而探讨它的，阿拉戈实验和光行差被看作是这个理论的试金石。
后来人们着手讨论光行差理论，也是期望它能提供一种以太模型，以便利用这种以太模型解决光的横波理论所面临的严重困难。
迈克尔逊莫雷实验上的作文立意
迈克尔逊莫雷实验上的作文立意迈克尔逊莫雷实验，这是一个让人们又爱又恨的实验。
爱的是，它让我们见识了光的速度是多么的快；恨的是，它让我们明白了地球并不是宇宙的中心。
这个实验，就像是一个无情的老师，用事实告诉我们，我们还有很多东西需要学习。
话说有一天，两个科学家，迈克尔逊和莫雷，决定一起做一个实验。
他们想要证明地球是绕着太阳转的，而不是太阳绕着地球转。
于是，他们找了一条直线，然后在这条直线上放置了一个旋转的平台。
接着，他们让一束光从一个方向射向这个平台，然后再让这束光从另一个方向反射回来。
他们希望通过这种方式，来测量光的速度。
可是，事情并没有想象中的那么简单。
当他们开始实验的时候，他们发现光的速度并不是那么快。
而且，无论他们怎么调整平台的位置，光的速度都没有发生变化。
这让他们非常困惑。
于是，他们决定换个方法试试。
他们把平台放在了一个斜面上，然后让光沿着斜面射下去。
结果，他们发现光的速度还是没有变化。
这让他们更加困惑了。
他们只好放弃了。
他们认为，可能是他们的实验方法有问题。
但是，他们也没有办法找到问题所在。
于是，他们只好接受了这样一个事实：地球并不是宇宙的中心。
这个实验，虽然让迈克尔逊和莫雷感到很沮丧，但是它却给我们带来了很多启示。
它让我们知道了，科学并不是一件容易的事情。
有时候，我们需要付出很多努力，才能得到一点点成果。
而且，我们也不能因为一次失败就放弃。
因为只有坚持不懈，我们才能取得成功。
所以，亲爱的朋友们，让我们一起努力吧！让我们一起学习科学知识，探索宇宙的奥秘。
我相信，只要我们足够努力，总有一天，我们会找到属于我们的那一片星空。
高二物理竞赛迈克尔孙莫雷实验课件
§15-2 迈克尔孙 — 莫雷实验 一、历史背景
x' x
(3) 空间均匀各向同性,要求 (x, t)与 (x, t)
的变换应满足线性关系
x m x nt 3
t k x l t 4
根据上述四式利用比较系数法，将4个系数m、n、
k、 l 确定，即可得到洛仑兹坐标变换式。
洛仑兹变换坐标变换式
x
x ut
1
u2 c2
y y
正变换
z z
t
t
u c2
x
1
u2 c2
令 u
c
正变换
1 1 1 (u)2 1 2
c
逆变换
x Байду номын сангаас x ut
x x ut
y y
y y
z z
z z
t t x
c
t t x
c
讨论
1)在相对论中，时、空密切联系在一起 (在x的式子 中含有t， t式中含x)。
2)当u << c时， 洛仑兹变换 伽利略变换。
设两惯性系s 和 s′， s s'
s′以恒速u相对于s 运 y y '
动，两惯性系的O 和
O′ 重合时刻t=t´=0,
u
ut
从O点发一闪光经一 o o '
段时间光传到 p点
z z'
迈克尔孙-莫雷实验详细图解
4
14-2 迈克尔逊 莫雷实验
M2 G
M1
M2
c v
2 2
s
G T
v
c
M2 -v
G
c v
2 2
- v （从 s ' 系看）
c
s' 设“以太”参考系为S系，实验室为 系 G M1 G G M2 G 2l l l t2 t1 2 2 c 1 v c cv cv
Δ c t l v c
2 2
N
2Δ
2l
v
2 2
5
c
14-2 迈克尔逊 莫雷实验
N ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱΔ
2l
v
2 2
c
l 10 m , 500 nm , v 3 10
N 0 .4
4
m/s
仪器可测量精度 0 .0 1
实验结果
N 0
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 .
§14.2. 迈克尔逊 莫雷实验
14-2 迈克尔逊 莫雷实验
对于不同的惯性系，电磁现象基本规律 的形式是一样的吗 ？ 对于两个不同的惯性 参考系 , 光速满足伽 利略变换吗 ？
y
s
o
s'
y'
v c
x' x
c ' c v?
z
o' z'
2
14-2 迈克尔逊 莫雷实验
试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达 到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换) 球 投 出 前 球 投 出 后
课件：迈克耳孙-莫雷试验
1887年，迈克耳孙 和莫雷一起完成了一项 著名的实验，来检验以 太假说．
设以太中的光速一 定，那么当接收者以一 定速度相对于以太运动， 光相对于他的速度在不 同方向应是不同的．
6
他看到迎面来的光 速大，从后面追来的光 速小．如果能测量到这 个差别，就支持了以太 假说．光速很大，一般 物体速度都很小，所以， 即使不同方向的光速是 不相同的，我们也很难 测量得出来．
迈克尔孙 — 莫雷实验
以
如果我们仔细观察一下在海面上
太ห้องสมุดไป่ตู้
行驶的船，就会发现，由船激起
假 说
的海浪的传播速度，一般不与船
的速度有关．因为，对一定的海
面情况，海浪的速度是一定的，
它与船速并无关系．
1
迈克尔孙 — 莫雷实验
因此，自然会想到一种类比，
以 也许光是在某种“海洋”中的
太 假
波．它的速度只决定于“海洋”的
说 性质，同光源的速度无关．光的确
有一系列的波动性质，这有利于
“海洋”解释．所以，历史上这种
观点流行一时，通常把传光的“海
洋”叫做以太．
2
迈克尔孙 — 莫雷实验
以
由于光线能到处传播，所以
太 假定以太也充满整个宇宙．这种
假 说
假想的以太除了起着光传播媒介
的作用外，我们却看不见它，也
不能用其它方式感知它．
T
v
G M2
c
- v
c2 v2
M2
-
v
c
G
c2 v2
（从 s'系看）
GM2 GM1 l
G M2 G
2l
t2 c
1 v2
c2
10
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
结论：作为绝对参考系的以太不存在.
第十四章 相对论
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物理学
第五版
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
迈克耳孙-莫雷 实验测到以太漂移速 度为零,对以太理论 是一个沉重的打击, 被人们称为是笼罩在 19世纪物理学上空的 一朵乌云.
第十四章 相对论
5
物理学
第五版
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14-0 教学基本要求
本章目录
物理学
第五版
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
迈克耳孙-莫雷实验
设“以太”参考系为 S 系 “以太”参考系
实验室为 S'系
是绝对静止系
GM2 GM1 l M2
M1
sG
T
v
G M1 G
ll t1 c v c v Δ ct l v2
c2
第十四章 相对论
1
物理学
第五版
M2 M1
14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观Βιβλιοθήκη 14-2 迈克耳孙-莫雷实验
14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式
14-4 狭义相对论的时空观
14-6 相对论性动量和能量
第十四章 相对论
6
N 0.4 仪器可测量精度 N 0.01
实验结果
N 0
未观察到地球相对于“以太”的运动.
第十四章 相对论
3
物理学
第五版
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
以后又有许多人在不同季节、时刻、 方向上反复重做迈克耳孙-莫雷实验．近 年来,利用激光使这个实验的精度大为提 高,但结果却没有任何变化．
s G v T
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
G M2
c
迈克耳孙-莫雷实验
迈克耳孙-莫雷实验1、迈克耳孙 (Albert Abraban Michelson,1852-1931)美国物理学家。
1852 年12月19日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰），后随父母移居美国，1837年毕业于美国海军学院，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，1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。
迈克耳孙主要从事光学和光谱学方面的研究，他以毕生精力从事光速的精密测量，在他的有生之年，一直是光速测定的国际中心人物。
他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪（迈克耳孙干涉仪），在研究光谱线方面起着重要的作用。
1887年他与美国物理学家E.W.莫雷合作，进行了著名的迈克耳孙-莫雷 实验，这是一个最重大的否定性实验，它动摇了经典物理学的基础。
他研制出高分辨率的光谱学仪器，经改进的衍射光栅和测距仪。
迈克耳孙首倡用光波波长作为长度基准，提出在天文学中利用干涉效应的可能性，并且用自己设计的星体干涉仪测量了恒星参宿四的直径。
由于创制了精密的光学仪器和利用这些仪器所完成的光谱学和基本度量学研究，迈克耳孙于1907年获诺贝尔物理学奖金。
2、迈克耳孙-莫雷实验（Michelson-Morley experiment ）简介迈克耳孙-莫雷实验是迈克耳孙1881年在他发明的干涉仪上进行的，以后期又在1887年与莫雷使合作，进行了更精密的测量。
实验目的：测量地球队相对面于固定不动的以太的运动。
实验仪器：迈克耳孙干涉仪。
实验原理：将干涉仪固定在地上，且使其两臂长度相等，均为L 。
设想以太相对太阳固定，则干涉仪将以地球绕太阳系公转的速度v=3×104m/s 通过以太运动。
设地球相对以太速度方向为自左向右派。
光源S 发出的光经半反射模分成两相干光束，到达T 处发生干涉。
先计算两光束到达T 处时间差：设光束1从G 到M 1的往返时间为t 1，则设光束2从G 到M 2的往返时间为t 2，由于以太正以速度V 垂直于光路漂移，根据速度合成法则，可，则两束光到达望远镜T 的时间差为如果将整个装置转动90°，可得，设转动过程中干涉条纹移动数目为△N。
迈克尔逊莫雷实验
迈克尔逊－莫雷实验迈克尔逊干涉仪是1880年美国物理学家迈克尔逊为研究“以太”漂移速度实验设计制造出来的。
1887年，他和美国物理学家莫雷合作进一步用实验结果否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭义相对论开辟了道路。
由于发明了精密的光学仪器和借助这些仪器所做的基本度量学的研究，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。
迈克尔逊－莫雷实验：在弄清光波的电磁本质之前，就已经提出光的波动理论并得到完善，以太存在的假设是很自然和必要的。
所谓以太就是光波借以传播的弹性介质，就象声波是借助空 气而传播一样。
以太观念提出后，很自然想到或许就是牛顿体系中的绝对空间。
因此，一度有许多实验企图去发现地球相对于以太的速度，从而规定出绝对空间。
实验分析：从'S 系来看，光线①从G M G →→1所需的时间)1(2221c v c l v c l v c l t -=++-=光线②从G M G →→2所需的时间为2/1222)1(2c v c lt -=两束光到达望远镜的时间差约为2221cv c l t t t ⋅≈-=∆ 于是两光束的光程差为22cv l t c ⋅≈∆=δ仪器旋转90˙过程中，望远镜视场中应看到干涉条纹移动N ∆条。
2222c lv N λλδ==∆ 实验观察不到预期的理论效果，没有预期的条纹移动。
为了解释迈克耳逊--莫雷实验的否定结果，曾经提出了以下一系列的假说。
1．充满运动物体内的以太，完全被这一物体所带走，正象飞机密封仓的空气被飞机所带走一样，因而不存在所谓“以太流”。
这与光行差的观测结果相矛盾。
2．通过以太的运动物体，纵向线度发生收缩（平行运动方向），其收缩的比例恰好使以太流的影响被抵消。
收缩长度与原来长度之间的关系具有形式22'/1c v l l -=。
这一假说称为收缩假说，由洛伦兹和斐兹杰惹所提出(后面将看到与爱因斯坦相对性原理矛盾)。
3．运动光源所发射出来的光线速度与光源速度以矢量方式相加。
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第十四章 相对论
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物理学
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14-2 迈克耳孙-莫雷实验
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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l 10m, 500 nm, v 310 4 m/s
N 0.4 仪器可测量精度 N 0.01
实验结果
N 0
未观察到地球相对于“以太”的运动。
• 结论：作为绝对参考系的以太不存在。
第十四章 相对论
“以太”参考系：S 系 实验室：S' 系
第十四章 相对论
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物理学
第五版
GM 2 GM 1 l
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14-2 迈克耳孙-莫雷实验
G M2
c
- v
c2 v2
M2
-
v
c
G
c2 v2
（从 s'系看）
G M2 G：
t2
2l c2 v2
2l (1 c
v2 2c 2
)
t1
2l c
(1
v2 c2
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物理学
第五版
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
迈克耳孙-莫雷实验测到以太漂移速度为 零,对以太理论是一个沉重的打击,被人们称 为是笼罩在19世纪物理学上空的一朵乌云。
第十四章 相对论
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物理学
第五版
第十四章 相对论
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物理学
第五版
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
第十 波
第 章
动
十
四
章
相对论
第十四章 相对论
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物理学
第五版
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
本节内容概要 ➢ 背景－－以太问题 ➢ 迈克耳孙－－莫雷实验
本节教学要求
• 了解迈克耳孙－莫雷实验的背景。
• 了解迈克耳孙－莫雷实验。
第十四章 相对论
2
物理学
第五版
一 背景－－以太问题
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
麦克斯韦方程组
波动方程
真空中光速c
以太参考系
寻找以太参考系
寻找到？
第十四章 相对论
3
物理学
第五版
二 迈克耳孙-莫雷实验
14-2 迈克耳孙-莫雷实验
“以太”参考系是绝对静止系
G M1 G
t1
c
l
v
c
l
v
2l c
(1
v2 c2
)
GM2 GM1 l M2
M1
s G v T