诺贝尔物理学奖史演义系列（七）——迈克尔逊

清晨，一缕阳光洒进房间，象征着新的一天的开始。虽然太阳离地球很远，但太阳到达地面只需要几秒钟，这表明光速非常快。许多人知道光速是每秒30万公里。但是这些数据并不容易获得。因为光跑得太快，没有超高端的实验设备和专业的实验方法是不可能测量的。

阳光到达地球需要8分钟以上。(来源:材料网络)

100多年前，许多科学家致力于测量光速。诺贝尔物理学奖的获得者是当时的美国物理学会主席阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊。

迈克尔逊不是真正的美国人。他出生在波兰的斯特罗诺尔，一个犹太商人的家庭。四岁时，他和父母去了旧金山，然后去了加利福尼亚等地。

科学史上的大多数名人都离不开著名教师的教育和培养，迈克尔逊也不例外。他的父母忙于生意，小迈克尔逊被送到旧金山男子高中校长家里学习。布拉德利校长善良、温和、知识渊博。他发现迈克尔逊既聪明又渴望学习。他总是对世界上的一切都感兴趣，尤其是阳光，然后引导他的孩子培养他们对自然科学的兴趣。

高中毕业时，布拉德利总统建议迈克尔逊参加美国海军学院的国家选拔，并有机会进行高级科学实验。迈克尔逊参加了考试，并和另外两个同学一起获得了第一名。他认为他可能没有机会，所以他决定放弃选择。当布拉德利总统听到这个消息时，他诚恳地说，“机会需要我们自己去赢得”。

迈克尔逊(来源:百度)

迈克尔逊被鼓励写一封信给白宫总统，在信中他解释了他的情况，并表达了他从事科学研究的强烈愿望。读完这封信后，格兰特总统非常感动，并通知迈克尔逊直接向位于华盛顿安纳波利斯的海军学校报到。不久，才华横溢的迈克尔逊被任命为实验室副主任。从那以后，他一直从事光学和光谱学的研究，致力于精确测量光速，并成为测量光速的国际中心人物。

迈克尔逊在光学研究方面的第一个重要成就是以他的名字命名的迈克尔逊干涉仪的发明。干涉仪是指利用各种波的叠加条纹来确定波的信息，从而获得相关物理数据的仪器。迈克尔逊干涉仪是光学领域最常见的干涉仪，也是现代物理中重要的实验仪器之一。它不仅可以用来测量光波的微长、折射率和波长，而且是傅里叶光谱等现代光学仪器的重要组成部分，广泛用于寻找太阳系以外的行星。

迈克尔逊干涉仪图(来源:材料网络)

迈克尔逊发明干涉仪是为了证明以太的存在，但他不想为狭义相对论提供实验基础，狭义相对论是19世纪末经典物理学中的两大“乌云”之一。

以太网是古希腊的杰作。他们认为乙醚比空气更常见，充满了天空和宇宙。17世纪末，法国科学家笛卡尔将以太网引入经典物理学。英国科学家牛顿认为，有一个绝对空间与外界无关，永远不会移动。宇宙中的一切都相对于这个绝对空间运动。这个绝对空间是以太的体现。后来，科学家们大多认为声波是由空气传播的，水波是由水传播的，而阳光则是通过以太这一媒介穿过宇宙到达地球的。当麦克斯韦建立电磁理论时，他相信电磁波也通过以太传播。

以太网是什么样的？没人见过。尽管如此，科学家们继续进行实验和天文观测来验证乙醚的存在并确定其性质。迈克尔逊也是其中之一。

1879年3月，迈克尔逊偶然看到了麦克斯韦的一封信，他在信中说，他希望后代能够尝试测量地球相对于以太的运动。迈克尔逊认为:由于地球围绕太阳的速度是每秒30公里，一束光将会朝着地球运动的方向发射，同时与地球垂直。当两束光相遇时，必然会形成干涉并产生干涉条纹。然而，当他用新发明的干涉仪进行测试时，他从未看到预期的干涉条纹。

1887年，在美国化学家莫雷的帮助下，迈克尔逊改进了实验装置，最终可以测量每分钟一棵草的生长情况和干涉条纹的运动路线，误差为1%。在实验中，为了避免各种因素造成的误差，他们在不同的时间进行观察。这是著名的迈克尔逊-莫雷实验。这个实验中没有干涉条纹。换句话说，地球相对于以太的运动速度为零，这与“地球以每秒30公里的速度围绕太阳旋转”的科学事实相矛盾。

迈克尔逊-莫雷实验设备(来源:*)

科学界认为已经存在了2000多年的以太根本不存在！那么牛顿的绝对空间就不再存在了！经典物理大楼有危险！

著名科学家爱因斯坦根据“以太不存在”的理论，在迈克尔逊-莫雷实验的基础上建立了著名的狭义相对论，把经典物理学推向了另一个高度。可以说，如果没有迈克尔逊关于光速的基本实验，狭义相对论可能不会出现或者出现得很晚。

迈克尔逊(左二)和爱国主义斯坦(来源:中国社会科学网)

从干涉仪的发明到第一个否定以太网理论的迈克尔逊-莫雷实验，迈克尔逊对物理学的巨大贡献是显而易见的。1907年，经过几轮筛选，迈克尔逊因“发明精密光学仪器，并借助这些仪器在光谱学和计量学领域做出杰出贡献”而登上年度诺贝尔物理学奖的领奖台。这是对他最公正的评价。

虽然迈克尔逊在西方科学界很出名，因为他证明以太不存在，但他一点也不骄傲，而是更加谨慎和勤奋。1926年，他终于用多面镜法更精确地测量了光速:大约每秒30万公里！

迈克尔逊八面体光度速度(来源:维基)

迈克尔逊在光学领域获得了诺贝尔物理学奖，这表明光学始终是物理学的重要组成部分之一。继迈克尔逊之后，另一位物理学家涉足光学领域。他因发明彩色玻璃摄影技术而获得1908年诺贝尔物理学奖，这一技术使黑白摄影过渡到彩色摄影。他的传奇经历是什么？如果你想知道事情的结果，请听下一期的解释。

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[参考]

1.《诺贝尔物理学奖一百年》一书于2002年由上海科普出版社出版，作者是和沈。

2.论文《20世纪物理学的伟大缩影》，清华大学郭怡伶，2009年第2期，物理研究。

3.论文《关于迈克尔逊干涉仪的一点讨论》，蒋为民等著，宁波大学学报，2006年第3期。