史上著名的物理实验——迈克尔逊莫雷实验

“以太网”理论在19世纪很流行，物理学界普遍认为以太网是传播电磁波和光的媒介。在经典物理理论中，这种无处不在的“以太”被认为是一个绝对惯性系统。只有在这个惯性系统中，麦克斯韦方程才能采取标准形式，电磁波在各个方向的传播速度才能等于C，从而成为牛顿力学赖以建立的绝对时空的物质框架。因此，通过实验发现乙醚并验证乙醚的存在已成为许多科学家追求的目标。

如果我们能测量以太和地球之间的相对速度，即以太的漂移速度，我们就能证明以太的存在。多年来，许多科学家在各种光学和电学实验中失败了。

阿尔伯特·迈克尔逊决心用麦克斯韦对以太网的观点来证明这一点。迈克尔逊的第一个实验于1880年在柏林准备，并于1881年进行。虽然实验仪器相对粗糙，但测量方法的基本概念和仪器的基本概念已经确定。

迈克尔逊选择了光的干涉方法。如迈克尔逊·莫雷实验的示意图所示，如果存在以太网，当光束1和光束2通过投影和反射到达D时，存在时间差和一定数量的干涉条纹。然而，1881年实验的结果超出了迈克尔逊的预料。条纹的运动比预期的要小，并且与地球的运动没有明确的联系。因此，迈克尔逊大胆地推测:“结果只能解释为干涉条纹没有位移，因此，静态以太网的假设是错误的。”

1887年，迈克尔逊与著名教授爱德华·威廉姆斯·莫利再次合作测量“以太网漂移速度”，结果仍然是零。实验报告发表在《美国科学杂志》上。科学家们不断改进实验设备、实验条件和实验规模，一遍又一遍地重复实验。从1881年到1930年，有11位科学家的13次精确记录，但结果总是零。

这一负面结果震惊了物理学界，迫使人们意识到“以太风”根本不存在。实验结果证明，光速在不同的惯性系统和不同的方向上是相同的，从而证实了光速不变性的原理，从而动摇了经典物理学的基础，成为现代物理学的鼻祖，在物理学发展史上占有非常重要的地位。

尽管迈克尔逊和莫雷测定“以太网漂移速度”的实验失败了，但他们创造了一种精确度为4亿倍的长度测量仪。迈克尔逊因在“精密光学仪器和利用这些仪器进行光谱学基础测量”的研究中取得的杰出成就而获得1907年诺贝尔物理学奖。