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这个实验测试了光的速度是否和传播方向有关。
迈克尔逊-莫雷实验使用了一种叫做干涉仪(ier)的装置。
它由两条相互垂直的臂组成(见图6)。
一束激光沿着两条臂射入,然后在各自的另一端被一片镜子反射回来。
当反射光到达两条臂的交叉点时发生干涉。
因为光具有波的性质,我们可以让这两束光产生干涉条纹(就像池塘里的两列波浪在水面干涉那样)。
干涉条纹的形状取决于干涉仪两臂的长度和光穿过臂的时间。
如果不同方向光速不一致,那么迈克尔逊和莫雷就会在装置上观察到这个效应。
图6 干涉仪的示意图。
分光镜把激光分成两束,每一束都被一片平面镜反射回来,并在交叉点干涉,干涉结果最后被导入探测器
迈克尔逊-莫雷实验得到的数据为零,也就是说,他们没有观测到光速在两个不同方向上有任何差别。
对当时的很多科学家来说,这个结果出乎意料,因为他们都认为地球与以太存在相对运动。
如果光是以太中的波,那么仅在相对以太静止的实验室中,光速才与光的方向无关。
而地球并非如此,它绕着太阳以大约每秒30000米的速度公转。
就这样,迈克尔逊和莫雷的实验被当成否定以太存在以及确定光速运动与方向无关的重要证据。
它对爱因斯坦的理论至关重要。
20世纪60年代,弗农·休斯(VernonHughes)与罗纳德·德雷弗(RonaldDrever)各自独立进行实验,证明了质量和物体运动方向无关。
他们的实验利用了锂原子中围绕原子核以大约百万米每秒速度运动的电子。
因为这些电子质量很小,所以它们之间的引力相互作用极其微弱。
不过,他们还是想出了能精密测量质量和运动方向相关程度的方法。
具体做法是利用电子改变能级的时候释放的光子。
这些光子频率非常特殊,而具有这些频率的光也被称为跃迁谱线(transitionlines)。
如果电子质量和它们的运动方向有关,那么跃迁谱线的位置也将和运动方向有关。
休斯和德雷弗通过仔细研究,十分精确地证实了电子质量和电子的运动方向无关。
现在让我们回到自由落体的普遍性。
回忆一下,伽利略提出,所有下落物体的加速度都一致。
伽利略的实验尽管史无前例,但可能并不十分精确(以现代人的眼光来看)。
因此,考虑到自由落体的普遍性在牛顿和爱因斯坦的理论中都十分重要,一直以来人们都十分努力地在尽量高的精确度下验证它。
现在,它已经在不同的环境下得到了证实,
包括大量的室内实验和空间观测。
图7 厄特沃什的扭秤实验图解。
两个物体由不同的材料组成,如果它们下落加速度不同,那么细棍将绕着细丝转动
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