百年以来,有无数的科学家对于光有了自身的理解和研究,如菲涅尔全方面研究了波动光学,托马斯·杨对于双缝干涉条纹实验的深度探讨,爱因斯坦在量子光学方面的巨大成就等;在知识交织、众说纷纭的学术界,有这样一个具有里程碑意义的存在——迈克尔逊干涉实验。其背后的故事与科学价值,特别是迈克尔逊与莫雷这两位科学巨匠的灵思妙想将在本文中展现。
历史的回响:迈克尔逊的成长
故事始于19世纪的欧洲,那是一个科学技术飞速发展的时代。
1879年3月,迈克尔逊偶然看到了一封麦克斯韦书写的信件,信中表达了希望未来的科学家们可以想到方法测出地球对于以太的运动情况的期许。迈克尔逊对此产生了浓厚的兴趣,立刻展开了研究;但是他使用自己新发明的干涉仪器进行测试时,始终没有办法得到预期的干涉条纹。迈克尔逊并未因此气馁,反而激发了他更深层次的探索欲。
迈克尔逊干涉仪的诞生与实验结果
随着研究的深入,迈克尔逊逐渐发现,实验中无法观测到预期干涉条纹的原因,可能与“以太”这一经典物理学中的基本概念本身有关。这一发现如同打开了新世界的大门,让迈克尔逊开始重新审视光与物质相互作用的本质。
1884年,迈克尔逊和美国化学家莫雷进行合作,不断改善干涉仪的灵敏度,1887年,他们继续改进仪器进行干涉实验,用两个相互垂直的臂和反射镜组成干涉仪,在每个臂的末端设置反射镜,使光线能够多次往返于镜间,形成稳定的干涉图样。当两束光波重新相遇时,它们的相位差会导致干涉条纹的移动,这种移动理论上应能反映出地球在以太中的运动。
然而,当迈克尔逊和莫雷满怀期待地进行了一系列精密测量后,结果却令人震惊——无论地球如何运动,干涉条纹的位置都没有发生任何可察觉的变化。这意味着,他们未能探测到任何由以太风引起的光速变化,从而直接挑战了当时普遍为众人所接受的以太假说。
迈克尔逊的这次研究,不仅是对麦克斯韦期许的一次深刻回应,更是物理学史上一次划时代的转折。它让人们意识到,自然界中或许存在着比直观感受更为深奥的物理规律,等待着勇敢的探索者去揭示。而正是迈克尔逊这样一位不畏艰难、勇于探索的科学家,他的故事激励着未来的每一代学者,继续在未知的领域里追寻真理的光芒。
桂林理工大学的迈克尔逊干涉
如今,在桂林理工大学的物理课堂上,迈克尔逊干涉实验依然是学生们必学的经典实验之一。学生们通过亲手操作干涉仪,观察干涉条纹的变化,不仅加深了对光学原理的理解,更感受到了科学探索的艰辛与乐趣。实验室里,每一束光线的折射、每一次干涉条纹的微调,都是对迈克尔逊与莫雷灵思妙想的致敬,也是对科学精神的一次次传承。
(通讯员梁之辉黄秋钧蒋宗键)
参考文献
[1]光学日漫谈:古老而年轻的光学.搜狐网作者:中科创新.2020-5-16
[2]诺贝尔物理学奖史演义系列(六)——迈克尔逊.蝌蚪五线谱.2019-12-27