【中華百科全書●科學●邁克爾遜干涉實驗】

楊籍富

【中華百科全書●科學●邁克爾遜干涉實驗】

 

邁克爾遜干涉實驗，在傳統物理觀念中，波動必須經由介質傳播，例如空氣之傳播聲波。

 

自從西元十九世紀光被證實為電磁波之後，便發生了傳光介質的問題，因為光能在真空中傳播，此一現象難以解釋，為了解釋此一問題，於是有些物理學家便提出了以太（Ether）為傳光介質之假設，認為以太完全透明，而且不具質量，充滿了整個宇宙空間。

 

為了探求以太的性質，美國物理學家邁克爾遜（AlbertAbrahamMichelson，一八五二～一九三一）及莫來（EdwardWilliamsMorley，一八三八～一九二三），曾於一八八○年完成了一個重要的實驗（或稱為邁莫實驗），該實驗之裝置如圖所示。

 

見圖1圖中Q為光源，G為略塗銀粉之玻璃片，M1與M2為二平面鏡，其與G之距離均為，T為望遠鏡；

 

全部器材均固定於可以繞鉛直軸旋轉之平臺上。

 

從光源射至玻璃片之光，部分經由反射而射至M1，部分透過玻璃片而射至M2；

 

從M1反射而回之光，又部分透過玻璃片，而到達望遠鏡，從M2反射而回之光，又部分經由玻璃片之反射而到達望遠鏡，從望遠鏡中可以觀察二者之干涉條紋。

 

若以太之傳播光波，如同空氣之傳播聲波，則光對實驗裝置之傳速度應與以太之流動有關。

 

若以太對星際空間為靜止，則由於地球之旋轉（左旋），地表附近之以太對地面而言，應向西流動，設其速度為V，則可算出光往返於M1與G之時間及往返於M2與G之時間各為：見方程式1二者之比值為：見方程式2式中，c為光在以太中之傳播速率。

 

很明顯，若v不等於0，則t1不等於t2，而望遠鏡中干涉條紋之位置，決定於時間差之大小。

 

實驗時將平臺慢慢旋轉以至於九十度，以改變t1與t2之差而仔細觀察干涉條紋之偏移。

 

但精密實驗之結果顯示，t1與t2恆為相等（即干涉條紋不發生任何變化）。

 

此一結果唯有認為：一、以太對實驗裝置恆為靜止，或二、東西方向之距離縮短為見方程式3方能解釋。

 

很明顯，由於實驗裝置之旋轉，以太不可能對其保持靜止，故此實驗之結果，否定了以太之存在；

 

愛因斯坦選擇了第二項之假定，而在其狹義相對論中獲致空間收縮之結論。

 

（蕭冬然）

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=9949