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迈克尔逊莫雷实验原理(用经典物理学理论解释迈克尔逊-莫雷实验)

2024-12-03 10:41:43浏览: 100

在迈克尔逊-莫雷实验的那个年代,物理学界普遍认为光波相对以太的速度是常数c,当地球以速度v环绕太阳运行时,以太风就会以速度-v迎面吹向地球,在顺风方向上的光速则增加为c + v,在逆风方向上的光速减小为c - v,与v垂直的方向上的光速则为 √(c²-v²)。基于此逻辑,迈克尔逊-莫雷设计了相关实验仪器来寻找以太,如下图所示:

具有特定频率的单色光源发出一束光波射向分光镜,光波被分成互相垂直的两束光波,其中一束光波被反射到反光镜1,另一束光波透过分光镜射向反光镜2,两个反光镜与分光镜的距离是相等的,反光镜将光线反射回来再次射向分光镜,分光镜将这两束光的一部分光波共同汇聚到观测屏上,并且在观测屏上显示出干涉条纹。如果两个方向上的光速存在图中所示的速度差,那么旋转整个仪器时,根据光波干涉原理,干涉条纹将会产生移动,但实验中并没有发现干涉条纹的变化,说明射向反光镜1和射向反光镜2的这两束光的速率是相同的,可以证明光源在水平方向上发出的光波速率都是相同的(竖直方向上的光速会受到引力场影响而产生变化),如果将仪器由水平旋转更改为竖直旋转(旋转平面与水平面垂直),那么干涉条纹就会产生变化,从而发现引力场影响到光速值,但该实验的初衷是为了寻找以太,不是为了验证引力场是否影响光速,并没有观测竖直方向上的光速是否存在差异。

如果不考虑地球引力场的影响,该实验可以证明光源在任意方向上发出的光波速率都是相同的。也说明了寻找以太的物理逻辑是错误的(并不能证明以太不存在)。

根据之前篇章中发布的“各向同速定律”:“光源发出的电磁波在没有受到引力场、磁场、电场影响的情况下,它在任意方向上的波速都是相同的(波速是相对光源的),且电磁波的速率始终与光源在以太中飞行的速率相同”。所以静止在地球表面的光源,向任意方向发出的光波速率均为c(不考虑地球引力场影响),与迈克尔逊-莫雷实验的观测结果相吻合。当光源和仪器在地球表面运动时,比如将它们放在绝对平稳的火车上,根据同速定律可知,该仪器依然不会测量到干涉条纹的变化,因为运动的光源向各个方向发出的光波速率依然是相同的,但运动光源和静止光源在以太中的飞行速度却是不同的,静止光源在以太中飞行速度为c,而运动光源在以太中飞行速度为cx = √(c²+v²+2cv*cosθ) , θ是c与v的夹角,所以运动光源向任意方向发射的光波速率均为cx ( cx是相对光源的速度)。

结论:

迈克尔逊-莫雷实验只是证实了地球表面的光源在水平方向上发出的光波速率是相同的,东西南北方向的光波不存在速率差异(如果不考虑地球引力的影响,那么光源向所有方向发出的光波速率都相同),但该实验无法测量出具体的光速值,无法得知引力场、磁场、电场是否影响光速值,也无法得知静止的光源与运动中的光源所发出的光波速率是否存在差异,更无法证明以太存在与否。该实验现象可由“各向同速定律”进行解释,是一种经典物理学现象,没有神秘之处。

由于磁场的本质是流动的以太风(平直磁场是平直流动的以太风,环形磁场是旋转流动的以太风),而光波是在以太中传播,以太风的流动显然会对光速产生影响,就像流动空气会对声速产生影响一样,都遵循伽利略相对性原理,设平直磁场的以太风速度为v,一束光波在进入磁场前的速度为c,则进入磁场后的速度依然可以使用上文中的公式 cx = √(c²+v²+2cv*cosθ) ,θ是c与v的夹角,只不过这里的v是磁场风(以太风)的速度,前文中的v是光源的运动速度。但是需要说明的是,地球磁场并不会对迈克尔逊-莫雷实验产生影响,因为光源与仪器都处于地球磁场之中,此时地球磁场只能影响到光源发出的光速值(而且影响非常小,因为地球磁场太弱),并不会导致不同方向上的光速存在差异;如果单独只对图中一个路径上的光波施加磁场,那么该路径上的光速将改变,干涉条纹就会产生变化。

引力场和电场的本质都是具有加速度的以太风,有所不同的是引力场是由于粒子在以太中飞行时持续压缩周围以太,导致粒子表面持续存在低压,周围以太加速流向低压区,从而形成向心的引力场加速度;而电场加速度是由于粒子高速自旋时带动周围以太一起旋转,所以自旋粒子周围始终存在旋转的以太风,而旋转以太风的向心加速度就是电场加速度。如果一束光到达地球表面时的速度为c,那么该束光在高空p点处的光速值为 cx = √{c² - 2GM[1/R - 1/(R+h)]},h是p点到地面的距离。

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