博文
迈克尔逊—莫雷实验的再认识
|||
为了观测“以太”相对于地球的运动，1887年阿尔伯特·迈克耳孙与爱德华·莫雷合作，设计了利用光程变化导致的双臂干涉条纹移动来测量“以太”相对于地球运动的精巧光学实验。当时和后来的实验结果都没有出现“以太”学说所期望的干涉条纹的移动数。这一失败的结果否定了当时的光的“以太”学说，同时也为爱因斯坦提出的“真空中光速不变原理”提供了最重要的实验支持。
迈克尔逊—莫雷实验（以下简称MMX）是利用半反镜进行分光，产生两束在不同路径上传播，最后汇合并实现两束光的干涉的实验。光学原理如图1所示。
图1 迈克尔逊-莫雷实验光学原理图
如果介质沿SA方向运动，速度为u，在SA与SB相等的条件下（SA=SB=L），光线经光路S-A-S与S-B-S的时间差Δt为
Δt ≈Lu2/c3 （1）
式中c为光速，对于波长为λ的光，条纹移动数ΔN由下式确定：
ΔN=2Lu2/λc2 （2）
公式（1）和（2）是目前我们理解MMX实验结果的基本公式。公式（1）表达了光束经分光镜S分光后，两束光经反射镜a和b改变方向，回到分光镜S，两束光的时间差，但对于我们观察在O点（OS=L）产生的干涉条纹及其变化是不完整的。因为如果我们假定介质相对实验装置静止u=0时，两束光经反射回到了分光镜的同一点S，那么当u不为0时，两束光经不同的光路不会回到分光镜的相同点S，垂直于u的光经S-B'-S'到达S'。因此我们在O点观察到的两束光的时间差应考虑两个干涉次光源(S,S')的空间差异产生的效应，正确的干涉光路原理如图2所示。
图2 运动介质中的迈克尔逊—莫雷实验干涉光路原理
显然图2与图1所给出光学原理是不同的，图2的物理意义主要是光源经分光后，在S和S’产生两个相干的次光源，介质的运动不仅会导致S光源与S’光源的时间差，同时还会产生空间差SS’，因此我们在考虑空间特定点（例如O）的干涉条纹时，这两种效应都必须考虑，才能得出正确结果。
对于上述问题，我希望感兴趣的网友积极发表您的观点，给出您的结果。
进一步的讨论：
正确理解迈克尔逊莫雷实验中的光学问题 http://blog.sciencenet.cn/blog-378615-539941.html
https://wap.sciencenet.cn/blog-378615-336627.html
上一篇：运动带电粒子的电磁辐射应如何正确理解？
下一篇：迈克尔逊—莫雷实验再认识（续一）醒醒吧！物理学家
