迈克尔逊-莫雷实验如何证明以太不存在?

时间:2021-02-09 08:43:20   作者:
以太理论试图解释麦克斯韦的电磁定律。这些定律将光描述为电磁波,并确定了这些波的固定传播速度。对此最直观的解释是,存在一种介质(以太),这些波在其中传播,并且传播的速度与该介质相关。根据这一理论,你应该能够通过测量光在各个方向上的移动速度来判断地球在以太中的移动速度;举个例子,如果你测量光在东方方向的速度是299,762,500米/秒,在西方方向的速度是299,8222,500米/秒,你可以得出地球以30,000米/秒的速度在东方移动。

迈克尔逊和莫雷沿着这些线路,进行了一系列的实验测量光速在一天的不同时间(考虑地球自转),全年(考虑到地球围绕太阳运转的速度当:地球绕着太阳转30公里/秒,所以你应该能够找到一个60公里/秒的地球转变的速度相对于醚之间,说,夏季和冬季的测量)。

他们什么也没找到。

不管他们是在什么时候测量的,测量的方向是什么,他们测量的速度总是完全相同的。就好像地球根本没有在以太中移动。有很多尝试来解释这一点,比如假设地球在以太中以精确正确的方式移动时正在变形,从而导致这些光速的测量无论如何都是相同的。这些不同的解释由于不同的原因都不能令人满意,直到爱因斯坦提出了这样的观点:我们没有测量任何穿过以太的运动,因为根本就没有以太可以穿过。

与光速相对于不存在的以太不同,爱因斯坦提出以他们所说的方式进行实验:光速在所有参照系中都是相同的。然后,他开始着手研究这一现象的含义,并由此产生了狭义相对论。

请注意,爱因斯坦提出的理论并没有严格地说没有以太。它只是说不需要乙醚。你仍然可以假设乙醚存在,如果你愿意;它没有做任何有用的事情。至少,就光速而言不是这样。例如,在量子场论中,电磁场可以被认为是电磁波传播的介质;但它不是以太,因为电磁场没有它自己独特的参考系,所以你不能说任何东西“穿过它”。

还要注意的是,大约在爱因斯坦提出他的狭义相对论的同时,他也提出,光电效应可以通过把光看作粒子而不是波来最好地解释。最终,这为量子力学奠定了基础;但在当时,它也引发了对以太必要性的质疑:如果光不是波,它们就不需要介质来传输它。

这让我们陷入了两难境地,因为有其他实验清楚地显示出光表现出波状行为;但这是另一个故事,一个帮助塑造量子理论的故事。
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