文档介绍：1 迈克耳孙-莫雷实验
迈克耳孙-莫雷实验的装置是设计精巧的迈克耳孙干涉仪,图1是这种仪器的示意图。从光源S射出的一束单色光,经半透明膜G的透射和反射分解为互相垂直的两束光,这两束光各自经历一定长度(l1和l2)的路径后分别被平面反射镜M1和M2反射回半透明膜G,再次经反射和透射合成为一束光并到达望远镜O, 在望远镜O中可以观察到两束光的干涉条纹。如果两束光的相位差发生变化,望远镜中会观察到干涉条纹的移动。实验时先让一条
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光路沿地球运动的方向,同时观察干涉条纹,然后缓慢将干涉仪旋转90°,使另一条光路沿着地球运动的方向,这时应该观察到干涉条纹的移动,根据“以太假说”计算干涉条纹移动的数目为
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式中λ是光的波长,υ是地球相对于“以太”的运动速度。1881年迈克耳孙首先完成了这一实验,没有观察到预期的条纹移动。1887年迈克耳孙和莫雷改进了实验装置,将两条光路的长度延长到11 m,,是最小可观测量的40倍,但仍未观察到条纹的移动(实验N=)。以后更精确的实验所测得的结果更小。
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2 斐索的水槽实验
斐索实验的装置如图2所示,光线S 射到半镀银的玻璃片G上,分开为GA与GB两部分。镜子A、B和C都与入射线成45o角,分别使光线偏折90o. 于是在G处分开的两束光分别通过同一实验装置,只是一束沿顺时针方向,另一束沿逆时针方向。它们再次射到半透膜G上时,产生干涉
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条纹。在光路中放置两管,管内通以流速为u 的水,方向如图所示。光线在穿过两管时,一束总是顺着流水方向,另一束总是逆着流水方向。若流水带动“以太”,则两束光传播全程路程所需的时间则不相同,并产生一定的位相差,于是在干涉条纹中就会有所反映。
实验结果表明,如果要用带动以太的观点来解释,则必须假定水只是部分地带动以太。当流水的速度为u 时,以太的速度仅为ku 。实验结果为:
式中n 是介质的折射率。曾经用不同的透明介质做过这一实验,证明它在一般情况下是成立的。
由此可见,牵引系数k与介质的折射率有关。当介质的折
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射率等于1(空气接近)时,k=0,即不应带动以太。所以空气带动“以太”的“牵引假设”是站不住脚的。
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3 洛仑兹电子理论
斐兹杰惹和洛仑兹相继假定物体在相对于”以太”运动时沿着运动方向收缩,收缩率为:
那么在迈克尔逊——莫雷实验中,光沿相互垂直的两臂传播的时间差为
这样迈克尔逊——莫雷实验的零结果,就似乎可以容纳在“以太”假设的框架之内。
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一把尺子包含着一定数目的原子,它的长度决定于原子间的距离。洛仑兹认为,原子间的作用力主要是电磁力,原子分布在其他原子对它的电磁作用的平衡位置上面。由麦克斯韦方程组(假定它在相对于“以太”静止的参考系中成立)可以计算出荷电粒子周围的电磁场。当粒子在“以太”中静止时,它的电势在各个方向是对称的,等势面是一个球面,电势。当粒子以速度υ相对于“以太”运动时,计算发现力场不再是球对称的,等势面变成一个旋转椭球,在运动方向上的直径以比率缩短。这显然是电荷在“以太”中运动的效应。而尺度缩短则是它的宏观表现。
洛仑兹关于长度收缩的电子论
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当一个带电粒子加速运动时的电磁过程也有“惯性”,这在一个线圈中就表现为电感。在带电粒子运动的情况中,这个惯性表现为反抗粒子的加速。从力学观点来看,这就相对于在寻常的“机械质量”之外,附加了一个“电磁质量”,它们的总和才是相对于以太运动的带电粒子的“有效质量”。进一步计算和阴极射线实验研究得相对于以太运动的质量为
洛仑兹理论的进一步讨论
因为物质是由原子构成的,而原子又是由带电粒子组成的,可以设想,一般质点的质量,也遵从上述关系
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另一方面,由于倔强系数也起源于分子间的电磁力,它也应该是υ的函数。通过冗长的讨论和复杂的计算,洛仑兹得出
于是,进一步可得相对于以太以速度υ运动的钟的振动周期就是
即
进一步可说明光速与观察者的运动无关。
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