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在以太,则当地球穿过以太绕太阳公转时,在地球通过以太运动的方向测量的光速,应该大于在与运动垂直方向测量的光速。
于是呢,
迈克尔逊和莫雷他们就搞出了这么个实验设备。
这个实验使用到的仪器并不复杂,从俯视图来看,总共分成四个模块:
光源位于俯视图的最左边,光路从左往右发射——在实际操作的时候,这个方向要与地球公转的方向一致。
光源右侧的位置上放着一块分光镜。
分光镜字如其名,就是可以将光线分开的镜子,也叫作分束镜。
它从材料的性质上划分是一种镀膜玻璃,在光学玻璃表面镀上一层或多层薄膜。
当一束光投射到镀膜玻璃上后,通过反射和折射,光束就被分为两束或更多束。
迈克尔逊莫雷实验需要用到的分光镜的精度要求很高,它可以将光线分成继续向右的光束1,以及垂直向上的光束2——同样是俯视图的说法。
随后在光束1和光束2的末端再放置两块反光镜,光线抵达后便会原路返回。
早先说过。
地球公转的时候会有迎面吹来的‘以太风’,这个速度是30公里每秒。
因此在沿着公转方向上的光束1,到达M1和从M1返回的传播速度为不同的。
假设地球的速度是v,分光镜到反射镜的距离是d。
那么过去和回来的速度就分别是c-v和c+v,相当于逆风和顺丰。
二者往返的时间则是:
d/(c-v)+d/(c+v)。
而光束2由于和地球运转方向垂直,所以无论来还是回都会遇到以太风。
那么时间便是固定的:
2d/√(c2-v2)。
如此一来。
光束2和光束1到达观测屏的光程差就是:
c(d/(c-v)+d/(c+v)-2d/√(c2-v2))。
有光程差,它们就一定会产生干涉条纹。
接着只要让实验仪器整体旋转90度,则光束1和光束2到达观测屏的时间互换,使得已经形成的干涉条纹产生移动。
这个改变的量也很好计算,高中物理就学过,是△l=2dv2/c2。
如此一来。
移动条纹数就是△l/λ。
迈克尔逊当时设计的干涉仪光臂长度为12米,最终理论上应该移动的条纹是0.37。
至于结果嘛......
这样说吧。
迈克尔逊莫雷实验的目的是为了证明以太的存在,迈克尔逊和莫雷也是坚定的以太论支持者。
而这个实验在物理史上呢,又被称作小泊松实验.......
看到泊松二字,想必大家也都猜到了最终结果。
没错。
条纹别说0.37了,它压根动都没动。
本该证明以太的实验,反倒把以太给反杀了。
所以这个实验是物理史上的重大节点之一,也是后世那些否定相对论的民科口中必提的另一个实验:
不过比起充作民科‘理论支点’的斐索流水实验,迈克尔逊-莫雷实验在民科口中往往充当的是丑角。
标准术语一般是这样的:
【迈克尔逊-莫雷实验之所以0结果,是因为这个实验完全是错误的,它没有任何意义......】。
这种待遇有些像三国里的骷髅王袁术,基本上提到此人便离不开一句冢中枯骨......
但实际上呢。
这些民科质疑的事情,物理史上早就有一堆人diss过了。
比如在迈克尔逊-莫雷实验结果公布后,当时许多人都认为这个实验谈不上决定性。
例如赫赫有名的洛仑兹,就曾经对实验的否定结果依然疑虑重重。
瑞利在1892年发表的一篇论文中则认为“地球表面的以太是绝对的静止还是相对的静止”,依然是一个悬而未决的问题。
他觉得迈克尔逊—莫雷实验的否定结果是“一件真正令人扫兴的事情”。
哦对了,还有在今天现场被男酮盯上的老汤。
这位开尔文勋爵死活不相信这个结果,就和得知了关羽已死的刘备一样,嘴里头嚷嚷着‘不可能,我以太论天下无敌’。
他在1900年的巴黎国际物理学会议上,甚至直接敦促莫雷和另一个叫做米勒的物理学家重做一次实验,否则就要起诉他们.....
在从迈克尔逊-莫雷实验公布结果到老爱发表相对论期间。
科学家在不同地点、不同时间重复了不知道多少次迈克尔逊-莫雷实验。
并且应用各种手段对实验结果进行验证,精度不断提高。
奈何结果依旧不变。
干涉条纹仿佛被耳根压住了一般,我自巍然不动。
而发现实验结果不变后,物理学家们又开始去找实验的弊端,却依旧无果。
可以这样说。
纵观物理学史,你就找不到几个能像迈克尔逊—莫雷实验被整个物理学界花小20年去倾力找bug的实验。
在这种情况下。
后世若是从某种未知的物质、或者微观角度去找茬那还好说点。
但那些民科却直接从字眼上去扣,例如什么少走了五分之一光路啊,没设立相对原点啊云云——这些其实早就被物理学界研究过不知道多少次了。(吐槽一下抖音的算法,我最近看了几个民科博主,现在主页全是民科了,真的看得人高血压.....)
民科真正说对的其实只有一句话,那就是老爱提出的光速不变确实还只是假说而非原理。
但问题是这个假说虽然没有真正的、可以盖棺定论的实验证明,但它在和其他理论的争论中却同样没有败过。
至少在徐云看来。
一个假说在被普遍接受之后,在应用它的时候,其实就和原理没啥区别了。
很多场合下,抠字眼是一种很无趣的行为。
就像纯净水和矿泉水是两个概念,但当你叫朋友去买瓶矿泉水的时候他买了瓶纯净水,你和他说买错了水试试?
真这样说,朋友都迟早得离你而去。
视线再回归现实。
看着黑板上密密麻麻的板书,徐云又瞥了眼一脸憨笑的小麦。
心中不由冒出了一股感慨。
不愧是能推导出麦克斯韦方程组的挂壁,数学上的敏感性实在是太强太强了。
要知道。
迈克尔逊—莫雷实验的设备虽然简单,但要想通干涉条纹变化的环节却绝非易事。
只能说这段时间在徐云和高斯的调教下,小麦的成长速度达到了一个极其恐怖的程度。
否则以徐云对小麦的了解。
至少在原本历史中,这个时期的小麦应该是没有这么挂逼的——毕竟他才刚进剑桥还没半年呢,只是个挂逼青春版。
不过另一方面。
小麦的板书倒也为徐云省了一些事,很多过程甚至比徐云预想的还要简洁。
于是他顺势拍了拍小麦的肩膀,示意这个工具人回到座位,自己摘下了桃子。
随后看向台下众人,说道:
“各位同学,如你们所见,麦克斯韦的演示非常完美——没错,这就是我原先准备好的实验方案。”
“硬要说有什么要补充的,那就是分光镜必须盛放在一块光滑的大理石板上,下方充满水银,如此才能顺利的操控转向。”
“除此以外,即便是肥鱼先生再世,也没什么好添加的了。”
台下顿时一静。
几秒钟后。
啪啪啪——
活动室内骤然响起了一道热烈的掌声,不少人的脸上甚至带着一股与有荣焉的神采。
在这个时间线能被徐云这样一位肥鱼后人做出这种评价,基本上不下于后世贝利和马纳多纳同时表示某个球员有球王之姿了。
待掌声消退后。
看热闹不嫌事大的马克斯·克里斯蒂安·腓特烈·布鲁赫又举起了手,迫不及待的追问道:
“罗峰同学,这个实验什么时候可以开始做?”
徐云闻言笑了笑,朝他做了个稍安勿躁的手势,说道:
“布鲁赫同学,你不要太着急了,这个实验虽然简单,但要用到的设备却要求很高。”
“例如用于散开光斑形成干涉图样的凸透镜、长度最少12米、可以检测到0.01倍波长变化的干涉仪悬臂等等......”
“以上这些设备制备起来,能在半年内准备完毕都算快的。”
“更别说调试也需要一定耗时,所以我初定的实验时间,大概在今年的十月份左右。”
正如徐云所说。
历史上的迈克尔逊之所以会找到莫雷合作,便是因为这个实验需要用到的设备实在有些超纲。
那位莫雷的全名叫做爱德华·莫雷,是一位专门建造实验设备的行家,技艺之精湛在19世纪末首屈一指。
但即便是莫雷亲自出手,他们也花了足足四年才搞定好诸多仪器。
眼下副本受徐云的影响,光学设备方面的工业生产力接近了1900年,比迈克尔逊他们的时代要高点。
同时又有艾维琳这个ATM姬撒钱,半年内准备完毕应该不算困难。
当然了。
徐云准备的这套仪器是冲着那些权威去的,格物社内部倒是可以搞个简易的干涉仪供社员们先试试手。
虽然简易干涉仪很容易被找出一些‘漏洞’,但多多少少可以让这些社员对‘以太’的信心产生一些动摇——否则枯等半年的话,有些社内环节恐怕就会遇到阻力。
因此徐云想了想,又补充了一句:
“各位同学,虽然精密的大型干涉仪需要几个月的时间,一时半会儿很难见到成品。”
“不过如果大家有兴趣,社团倒是可以给大家搞出来一套简易的实验设备。”
“这套设备在理论上可能存在一些漏洞,光臂也只有一米左右,大概一周内可以搞定,不知道大家愿不愿.......”
最后一个‘意’字还没说完,台下便响起了众人的囔囔声:
“当然愿意!”
“我要我要,短一点也没关系,反正光路都一样粗......”
“整呗!”
三分钟后。
徐云的提议全数通过。
毕竟对于这年头的学生来说,社团能提供实验的机会就不错了,
至于精度这个概念至少在实验开始之前,他们是决然不会去在意的。
至于试验后嘛......
大概就会提上裤子,说句一般货色了。
安抚完众人的情绪后。
徐云又环视了台下一周,看向了休伯特·艾里:
“艾里同学,不知道你还记不记得我早先和你说过的一句话?”
休伯特·艾里眨了眨眼:
“格兰芬多加十分?”
“.......”
徐云无语的瞥了眼这货一眼,摇头道:
“之前你在提到光属性的时候,我曾经和你说过——你的后半句话其实是错误的。”
“你的那半句话除了以太之外,还包括了另一个概念。”
“也就是光虽然疑似有波粒二象性,但在固定的情景下它只会表现出一种性质。”
“例如牛顿亮斑,又例如光电效应。”
听徐云这么一说,休伯特·艾里倒也记起来了这事儿:
“哦哦.....我想起来了,没错,你是说过这句话。”
说完他便骤然意识到了什么,惊诧的望向徐云,不确定道:
“罗峰同学,莫非........”
“你除了干涉实验之外,还有其他的安排?”
徐云朝他点了点头,嘴角忽然扬起了一丝玩味的笑容,对台下众人说道:
“各位同学,不知道你们的手艺活怎么样?”
............