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八、相对论在光学干涉实验中的应用

虽然光速不变原理很容易在地面参照系中将克尔逊干涉实验结果解
掉,但是当人们在相对于地面参照系具有相对运动速度的参照系中来分
与地面保持静止状态的麦克尔逊干涉仪中的干涉现象时,仅凭光速不变
理还不能计算出一致的结果。
根据爱因斯坦提出的光速不变原理,在与麦克尔逊干涉仪处于静止
态的地面参照系中,光在纵向光路和横向光路上的传播速度都相同,等
真空中的传播速度C,两束相干光在纵向光路上与横向光路上走过的时间
之差等于:
但是在相对于地面参照系具有-V的相对运动速度的参照系中来进行
析时,由于麦克尔逊干涉仪将以速度V作相对运动,横向光路上的全反射
镜以速度V运动,与V同方向前进的光线在穿过45度半透半反射镜后,继
前进到达全反射镜时,所经历的路程是。与此同时,
45度半透半反射镜也以速度V运动,被横向光路上的全反射镜反射回来的
光线在到达45度半透半反射镜之时,所经历的路程是
。而在纵向光路上,光线被45度半透半反射镜反射
后,从45度半透半反射镜位置前进到全反射镜位置时,所经历的路程是
。之后,被纵向光路上的全反射镜反射回来的光线
在到达45度半透半反射镜时所经历的路程也是。两
束相干光在纵向光路上与横向光路上走过的时间之差将等于:
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它与在地面参照系中计算出来的时间差并不相等。只有在使用相对
来作出解释,把在地面参照系中计算出来的时间差和在地面参照系中处
静止状态的干涉仪纵、横臂长对应的变换到相对于地面参照系具有-V的
对运动速度的参照系中,以显现在运动参照系中的时间差ΔT′和相应的
长L纵′、 L横′来进行计算之后,根据光速不变原理作出的分析计算才能
保持结果相同。按照相对论推导出来时间膨胀效应和长度缩短效应:
在相对于地面参照系具有-V的相对运动速度的参照系中,两束相干
在纵向光路上与横向光路上走过的时间之差将等于:
确切的说,根据相对论作出的变换计算,在物理意义上与光波发生
干涉现象无关。只是由于形成干涉的相干光线在分开进入不同的光路之
都重合在一起,表现为同一空间位置同时发生的事件,而当它们从两条
路出来汇合后又表现为在同一空间位置发生的不同时事件,这种特殊情
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使得人们只需要根据相对论时空变换关系推导出来的时间膨胀效应、长
缩短效应和光速不变原理,就可以在运动系中将静止系里发生的光波干
所对应着的时间差映射计算出来。
事实上,人们根据仿洛仑兹变换建立的相对论和根据洛仑兹变换建
的相对论一样,同时性都具有相对性。而且对先后发生在同一空间点的