精选的迈克尔逊莫雷实验： 物理学的第一朵乌云：迈

以太理论

“以太”的提出，是为了解释光在真空中以及在高速的空间中都能传播这一事实。当时，认为光必须有一个载体才能传播，而这种载体当光在真空中传播时更显得必要。

为了解释真空不空，笛卡儿于17世纪第一个提出了“以太”的假说，并把“以太”描述为：以太是充满整个空间的一种物质。真空中没有空气，但却有这种无所不入的“以太”。

至19世纪上半叶，当光具有波动性被大多数物理学家承认时，以太假说又获得了新的支持，于是，19世纪末的物理学界，牢固地确立了一种思想，认为有一种到处存在的、能穿透一切的介质，并充满所有物质的内部和它们之间的空间，它的作用是作为光传播的基础。

惠更斯把它叫做以太（光以太），后来又被叫做法拉第管（电磁以太），被认为是引起带电体和磁化物之间相互作用的原因。麦克斯韦的工作使这两种假想的介质统一起来了。他指出光是传播的电磁波，并建立了一个优美的数学理论，把所有涉及光、电和磁的现象结合在一起，光以太也就是电磁以太。这时，“以太”的存在似乎无可置疑了。

迈克尔逊-莫雷实验

1881年（爱因斯坦当时才8岁），迈克尔逊（1852~1931）设计了一个精密的仪器，即后来的迈克尔逊干涉仪。仪器装置如图所示，A是半镀银镜，B和C是两个反射镜，且AC=AB=L，光从S出发，经A分为两束，再经B和C反射后到达T处。当两个光速有一定光程差时，即在T处出现干涉条纹。为了保持仪器的水平，迈克尔逊把仪器放在水银槽上。

迈克尔逊认为，如果以太是静止不动的，则由于地球在其轨道上饶太阳转动的速度大约是30公里/秒，因此应当有以太风刮过地球表面。如果把仪器转动90度，观察转动前后干涉条纹的变化，必然会出现条纹的移动，移动的数值由前后两个位置中两束光的时间差决定。

当时估计应有0.4个条纹的移动，但实验结果却只有0.01个条纹的移动，这一微小的数值可以理解为由实验中的误差所引起的，于是只能得出以太被地球完全拖动，或者根本不存在以太的结论。六年之后，即1887年，迈克尔逊和莫雷（18381923)合作，对原有仪器作了进—步改进,又重复进行了实验，但实验仍然得出“零结果”。

实验的“零结果”否定了绝对静止坐标系的存在，同时对以太是否存在也提出了怀疑。这个结果是迈克尔逊所不愿得出的。他曾说过:想不到他的实验竟引导出一个怪物(指相对论)。实验的零结果使物理学界感到震惊，也被汤姆逊说成是经典物理学上空的“一朵乌云”，因此引导不少物理学家在不同时间（春、夏、秋、冬)、不同地点(地下室、棚屋、高空)重复类似的实验，历时50年之久。但实验都得出了同样的结果。

迈克尔逊实验的“零结果”,是建立相对论的前奏。迈克尔逊由于这方面的贡献，荣获1907年诺贝尔物理学奖。

本文转自公众号万象经验

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原标题：丁肇中：中国有很多世界一流实验物理科学家

中新社北京11月7日电 （记者 孙自法）中国科学院外籍院士、诺贝尔物理奖获得者丁肇中7日在北京表示，中国有很多世界一流的实验物理科学家，他们有想象力、有发展新技术及领导国际合作的经验和能力。

丁肇中先生应邀做报告。王晓亮 摄

为庆祝新中国成立和中科院建院70周年，中科院前沿科学国际战略研讨会当天在北京怀柔中国科学院大学雁栖湖校区举行，丁肇中应邀做首个大会报告时作出上述表示。

在主题为“与中国科学家合作四十年的物理学研究成果”的大会报告中，丁肇中介绍说，与中国科学家合作40年的成果包括他领导的L3实验共发表了300篇文章，有300人获得博士学位。L3实验结果显示：宇宙中只有3种不同的电子和6种不同的夸克；电子和夸克都没有体积，两者的半径均小于10的负17次方厘米；所有的结果都与电弱理论符合。

谈及与中国科学家合作40年的体会，丁肇中指出：“中国有很多世界一流的实验物理科学家，他们有想象力、有发展新技术及领导国际合作的经验和能力。他们可以主持最前沿的实验物理，继续为人类知识作出贡献。”

丁肇中说，他领导的阿尔法磁谱仪（AMS）计划能提供人类到外太空必需的知识，AMS到2028年要解决的基本问题是认识重质量反物质的起源。他认为，如果宇宙起始于大爆炸，大爆炸之前是真空，大爆炸之后应该有相同数量的物质与反物质。

当天大会报告前发生的一个细节也颇引人瞩目，主办方考虑到丁肇中先生已年逾八旬的高龄和身体因素，在讲台上安排了椅子，但丁先生却坚持撤掉椅子，全程站立完成近一个小时的报告。（完）