文档介绍：迈克耳孙干涉仪实验樊代和西南交通大学1、科学与人文素养麦克斯韦于1879年3月19日写信给美国航海历书局的拖德信中,提到了通过地球公转来验证是否存在“以太风”的问题,而这个信件内容恰巧被刚入职的27岁的迈克耳孙所看到。经过仔细的思考,1880年在欧洲进修的迈克耳孙(师从亥姆霍兹)设计出了一种可满足麦克斯韦精度要求(亿分之一)的干涉仪用来验证“以太风”。这就是迈克耳孙干涉仪的最早雏形:将来自光源的光利用半透镜分成相互垂直的两路,各自在一定的距离的镜子上反射,使返回的两路光线通过半透镜再次平行,然后观察所产生的条纹。然而,实验结果并不理想(和理论预期不一致),迈克耳孙认为可能是实验环境振动干扰造成的。于是在1881年4月,迈克耳孙将实验地点改到波兹坦天文台的地下室内,但是实验的结果依然不尽人意。接二连三的失败,令迈克耳孙有些许心灰意冷,一度产生放弃继续实验的念头。1884年,汤姆孙和瑞利在和迈克耳孙讨论后,认为其在1881年的实验中存在计算失误,实验装置的精度也不高,因此不能否定“以太”的存在,继而鼓励迈克耳孙再做这个实验。随后,瑞利将洛伦兹提出的修改意见转给迈克耳孙,且劝他以更高的精度重复1881年的实验。1887年,迈克耳孙和西部预科大学化学教授莫雷一起进行了实验的改进。改进后的装置一方面将光路的长度提高到11m,极大地提高了测量精度。另一方面,将设计的实验装置放在装满水银的金属桶中,使装置的稳定性更高。然而,实验结果依然与理论预期不一致。最终,他们根据实验结果得出地球上没有“以太风”的结论,并将这一结论发表于1887年第11期的《Science》期刊上。随后,一直到1930年,不同的科学家在不同的时间地点均重复类似的实验,但都得出相同的结果,彻底否定了“以太风”的存在。尽管迈克耳孙等人验证“以太风”的实验失败了,但是,由于他们设计出的干涉仪,实际上是一把精度可以达到四亿分之一米的测长仪器。这个仪器结合光谱学和干涉计量技术,可以将长度的物质标准转换为非物质标准,因此开创了光学度量的新时代。为表彰他在“精密光学仪器和利用这些仪器进行光学度量”研究工作中的卓越成绩,迈克耳孙被授予1907年度的诺贝尔物理学奖,这也是美国历史上第一个诺贝尔物理学奖。直到现在,迈克耳孙干涉仪的设计思想仍发挥这重要的作用。例如,美国LIGO实验室利用臂长为4Km的迈克耳孙干涉仪,将测量灵敏度提高到了十的负二十一次方,最终于2016年6月16日宣布,成功探测到了爱因斯坦预言的引力波,他们也因此获得了2017年的诺贝尔物理学奖。综上,我们可以看到,迈克耳孙具有敏锐的发现科学问题思维,从无意中接触到测量“以太风”这一物理问题出发,能够独立思考并设计实验仪器进行科学实验。在后续得到的实验结果不理想时,其表现出了惊人的毅力,能够不气不馁,孜孜不倦地对实验仪器进行改进。同时,我们还可以看到,迈克耳孙也表现出团结合作的精神。在与麦克斯韦、汤姆孙、瑞利、洛伦兹、莫雷等众多科学家的讨论交流下,最终成功否定了“以太”的存在,解决了物理学中的一大问题。1931年5月9日,在一次精心设计的光学测定过程中,迈克耳孙不幸因脑溢血而在美国加州去世,这种为科学实验而奋斗终身的科学精神,将永远激励着我们为国家的科学事业而不懈奋斗。参考文献:[1]——[