莫干涉實(shí)驗(yàn)零結(jié)果的經(jīng)典解釋

1、“邁莫”干涉實(shí)驗(yàn)零結(jié)果的經(jīng)典解釋肖 軍通信地址:黑龍江省鶴崗市南山區(qū)大陸礦5號(hào)樓304信箱【摘要】本文依據(jù)邁克爾遜閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)零結(jié)果得到光速與光源運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的結(jié)論,并討論了只有用非閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)才能夠證實(shí)“以太”空間的存在。 關(guān)鍵詞 光速 動(dòng)光源 以太 干涉實(shí)驗(yàn)在狹義相對(duì)論創(chuàng)立之前,根據(jù)麥克斯韋電磁理論及光波傳播規(guī)律得知,在真空中應(yīng)有一種做為光波傳播載體的“以太”物質(zhì),光波只有相對(duì)以太的傳播速度才是c 。為了觀測地球相對(duì)以太的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度,在1887年,邁克爾遜-莫雷做了一項(xiàng)著名閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)。按照理論推算,實(shí)驗(yàn)完全可以觀測到地球的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度?？墒?出乎人們的預(yù)料,實(shí)驗(yàn)竟給出與理論

2、不相符的零結(jié)果,對(duì)此矛盾應(yīng)做何解釋呢? 邁克爾遜-莫雷閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)如圖1所示。假若實(shí)驗(yàn)裝置的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為u ,M 、1M 兩點(diǎn)間距為l ,并用0k 表示矢量1M M 的單位矢量,用c 表示光波在M 、1M 間相對(duì)以太的傳播速度。依據(jù)經(jīng)典絕對(duì)時(shí)空理論易導(dǎo)出,光波在M 、1M 間往返一次傳播時(shí)間是(22202/2u c uk c l t -= (1 不難看出,(1式在保留至(2/u c 項(xiàng)后,若能得到與實(shí)驗(yàn)零結(jié)果相一致的理論結(jié)果。也就是能夠證明時(shí)間t 與0k的空間取向無關(guān),則應(yīng)有 c =而不是c c 。把(2式代入(1即可證得 (201/t c k u c u c =- (222200221

3、/1/1/l l k u c k u c u c u c c c -+ 由此可見,實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果與存在絕對(duì)靜止以太空間并非矛盾,只要放棄光速不變假設(shè),實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果還是在經(jīng)典絕對(duì)時(shí)空理論的預(yù)料之中。同是根據(jù)邁克爾遜-莫雷干涉實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果,愛因斯坦得出的結(jié)論與上述完全相反,他在假設(shè)光速不變的基礎(chǔ)上,認(rèn)為實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果與存在絕對(duì)靜止以太空間相矛盾。如果愛因斯坦結(jié)論正確。在解釋圖1實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果時(shí),還得引人以下兩個(gè)怪異假設(shè):1.光波在真空中相對(duì)觀測者的傳播速度恒為c ,與觀測者及光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。2.相對(duì)觀測者以速度u 運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置,在運(yùn)動(dòng)方向上按1:生收縮。迄今為止,真正能夠接受這兩個(gè)怪異假設(shè)的人寥寥

4、無幾,除愛因斯坦本人之外,其他人都是因?yàn)檎也坏礁线m的理論解釋而被迫接受罷了。愛因斯坦的理論實(shí)際上是錯(cuò)誤的理論,他僅依據(jù)閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果就做出客觀上不存在絕對(duì)靜止以太空間的結(jié)論不能成立。因?yàn)楫?dāng)用他的理論分析非閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),無論如何也得不到與否定以太空間假設(shè)相容的零結(jié)果。圖2就是一個(gè)非閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)示意圖,其中兩條相干光線必須是分別來自兩個(gè)獨(dú)立光源,假設(shè)這兩條光線可以產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉條紋,當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置相對(duì)愛因斯坦以速度u運(yùn)動(dòng)時(shí),愛因斯坦利用他的兩個(gè)怪異假設(shè)和光速不變假設(shè)無論如何也不能證明干涉條紋移動(dòng)量與實(shí)驗(yàn)裝置的空間取向無關(guān),這意味著愛因斯坦理論并不能否定存在絕對(duì)靜止以太空間的假設(shè)。

5、愛因斯坦在創(chuàng)立廣義相對(duì)論時(shí)就已經(jīng)意識(shí)到,“沒有以太的空間是不可思議的,因?yàn)樵谶@”( ct =(ct =(c t = 圖2 非閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)圖(2式的導(dǎo)出意味著客觀上存在絕對(duì)靜止的以太空間。那么,如何觀測地球相對(duì)以太空間的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度呢?利用(2式可證明,包括圖1在內(nèi)的任何閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)都不能觀測到地球的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度,只有用類似于圖2非閉合光路干涉實(shí)驗(yàn),才能觀測到地球的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。但受光源發(fā)光機(jī)理的限制,在可見光波段內(nèi),圖2兩個(gè)獨(dú)立光源發(fā)出的光波還不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的干涉,因此,也就談不上觀測條紋移動(dòng)或絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。不過。利用微波做非閉合光路干涉實(shí)驗(yàn)還是值得一試。早在20世紀(jì)40年代末和50年代初,

6、人們根據(jù)光學(xué)干涉原理已制成了多種類似于非閉合光路的射電干涉儀。其中最簡單的一種是雙天線射電干涉儀,它的原理是在地球東西方向分別安置兩個(gè)天線,接收錄制位于地球上的同一單頻信號(hào),然后把錄制好的信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)和視頻信號(hào),再由處理機(jī)對(duì)兩個(gè)“數(shù)據(jù)流”做相關(guān)處理。則可得到 (ct =(ct =(c t =圖3 雙天線射電干涉實(shí)驗(yàn)地球繞太陽是以30/km s 的速度公轉(zhuǎn),本身還有自轉(zhuǎn)。地球在黃道面上投影類似一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái),若在這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的邊緣上,也就是沿東西方向在地球表面上安裝兩臺(tái)接收天線和一個(gè)單頻射電源,如圖3所示,并把地球繞太陽公轉(zhuǎn)速度V視為地球相對(duì)以太的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度,當(dāng)?shù)厍蚶@自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周后,因兩接收天線的空間取向相對(duì)V的方向也轉(zhuǎn)動(dòng)一周,這可使兩路信號(hào)干涉條紋產(chǎn)生日移動(dòng)量為4L V c (10式中L 是兩天線間的距離;是單頻射電源輻射的射電波波長。若取410L m