对迈克尔逊-莫雷实验及光行差现象的一种解释

迈克耳孙－莫雷实验背景“以太”（ether）是古希腊人设想的一种表示天空构成的元素，它在天空中弥散着，并且对天体的运动不产生阻碍作用。

后来，在物理学思想的发展中，“以太”作为一种特殊物质被引进物理学。

17世纪，法国科学家笛卡儿为了解释物体之间的作用力，特别是万有引力现象，最先赋予了以太以某种力学性质。

在他看来，空间被以太这种连续的媒质所充满，物体之间的所有作用力都是通过它的应变和运动来传递的，不存在任何超距作用。

当胡克和惠更斯提出光的波动说时，以太又充当了光波的载体。

因为按照当时的力学理论，任何波动都是某种媒介物质的力学振动的传播。

由于光可以在真空中传播，因此以太必然是充满全部空间的，包括真空和对于光是透明的各种物体之中。

这样，充满整个宇宙的绝对静止的以太，就成了牛顿绝对时空观的物质框架。

因而通过“以太漂移”的实验探索以太的存在状态，就成了非常重要的问题。

1728年英国天文学家布莱德雷（J．Bradley，1693－1762）所发现的“光行差”现象，可以看作是关于“以太漂移”的早期观测。

但是，如果以太完全不被地球拖曳，运动着的地球就应当感到有“以太风”，这种以太风将会对从不同方向射到地球的星光产生不同的影响，这些速率不同的光线就会在通过望远镜的玻璃透镜时呈现出不同的折射率。

从这种考虑出发，1810年法国科学家阿拉果（D．F．J．Arago，1786－1853）用望远镜观察来自不同方向的恒星光线，企图发现由“以太风”的作用而产生的这种效应，却意外地得出了否定的结果。

1818年，菲涅耳在得知阿拉果的结果后，写信给阿拉果提出了部分拖曳假说。

他指出，只要假设以太有确定的一部分被运动物质曳引，就可以同时使布莱德雷和阿拉果的实验得到解释。

1871年，英国天文学家艾里（G．B．Airy，1801－1892）用充水的望远镜测量了光行差，证实了菲涅耳的预言。

1851年，法国物理学家菲索（Ａ．H．L．Fizeau，1819－1896）设计了一个实验，实验结果都证实了菲涅耳的以太部分拖曳假说。

试析迈克尔逊-莫雷实验和光速不变原理廖伟迅【摘要】Falsified method is used to identify aberration of light and Michelson-Morley experiment——the two contradictory proposition in the history, to come up with a wrong premise that results in the failure of the exper-iment. It is in vain for Fiji's Gerald- Lorenz to put forward that movement of the earth's frame of reference will lead to "ether" hypothesis which derived from Lorentz transformation because it is just a false proposition. It is also perverse for Albert Einstein to point out"Permanent principle of light velocity"before defining the speed of light. And his purpose is to repackage the Fiji's Gerald- Lorenz viewpoint "ether" which leads to the theory of relativity. However,Albert Einstein still cannot change the logical reasoning process of Lorentz transformation of"ether". Analysis shows that the permanent principle of light velocity itself is a contradiction proposition. Finally it attempts to define the speed of light.%提出利用证伪方法去甄别光行差与迈克逊-莫雷实验——历史上这两个矛盾命题的真伪;指出麦克斯韦设置的迈克逊-莫雷实验所假设光波与地球都相对"以太"介质运动的错误前提,是导致该实验失败主要原因;而斐兹杰拉——洛伦兹提出运动的地球参照系可带动"以太"的假设从而推导出来的洛伦兹变换仅仅是一个将错就错为了圆说一个伪命题的徒劳之举;还指出爱恩斯坦在没有定义光速之前就提出推理所不及的"光速不变原理"是有悖常理的,而目的就是为了重新包装"以太"观点的斐兹杰拉——洛伦兹变换从而引出相对论的理论,但爱恩斯坦始终无法改变洛伦兹变换的"以太"观点的逻辑推理过程;分析证明光速不变原理本身就是一个矛盾命题,最后尝试定义光速.【期刊名称】《韶关学院学报》【年(卷),期】2015(036)010【总页数】6页(P30-35)【关键词】光行差;迈克尔逊—莫雷实验;相对论;光速不变原理【作者】廖伟迅【作者单位】韶关学院旅游与地理学院,广东韶关 512005【正文语种】中文【中图分类】P353.5光行差是指在同一瞬间,运动中的观测者所观测到的天体视方向与相对该天体静止的观测者所观测到天体的真方向之差.1725年布拉德雷（Brad1ey.James,1693-1762年）在试图测量天龙座γ星的周年视差时,测得该星与预期方向相反位置的偏移,他认为这是光速和地球轨道运动矢量合成的效应.后来他用计算证明了这一结论,由此发现了光行差现象.布拉德雷在（V⊕/C）的精度上证明地球绕日公转时其相对星光（C）的运动（V⊕）是可测的（当V⊕⊥C时星光真方向与视方向产生的光行差角约为10-4弧度即约为20″；地球公转运动产生的周年光行差请参见图1）.布拉德雷对光行差的进一步测量研究又发现了地轴的章动现象,并得到了世界的公认.麦克斯韦（James C1erk Maxwe11,1831-1879）利用光的干涉原理设置了一个比“光行差”观测精度高10 000倍的、1887年由迈克尔逊——莫雷完成的试图测量地球公转运动实验,此后人们反复多次的实验结果却表明在（V⊕/C）2的精度上,地球公转时相对光线（C）的运动（V⊕）的光行差角是不可测的.?对于同一自然现象,一个能够在低精度的实验中检测到的结果,却在另一个更高精度的实验中无法检测.显然这两个观测结果是相互矛盾的［1］,两者当中必有一个是伪命题.如果麦克斯韦设计的高精度实验的科学依据是正确的,那么低精度的布拉德雷光行差测量结果是不可信的；反之,如果可以证明布拉德雷光行差测量结果是科学正确的,也就反证了麦克斯韦设计的高精度实验的理论依据有科学错误.这种证伪之所以必要,不仅是关涉光行差的问题,更是关乎到近代物理的基础实验问题.迈克尔逊-莫雷实验是爱恩斯坦的“光速不变原理”的引出依据；而利用“以太”观点解析“零”结果实验的斐兹杰拉-洛伦兹变换却又是相对论的理论基础.所以,很有必要重新审慎地研判科学史上这两个实验的互相抵牾结论的真伪,以辨明正误.关于光行差现象,几乎所有的天文教科书都没提及这一观测结果的测定原理,为此笔者曾对光行差的测定作了专门研究［2］.2.1 天文照相法不能测定光行差关于光行差测定的原理,笔者曾问及很多天文专家,几乎都认为光行差可以通过天文照相的方法测定.这大概是人们认为恒星的周年视差不到一个角秒,都可以用天文照相的方法测出（见图2）,而光行差最大值可达20.5″,必定可用同样方法测定.但这种认知有两个基本的常识错误∶其一,照相术是在1725年布拉德雷测定光行差之后的一百多年后才出现的.其二,纵使布拉德雷当年掌握了现代照相术,光行差还是不可能通过天文照相的方法来测定的.因为周年光行差的大小只是与星光方向和地球公转速度方向的夹角有关（当两者相互垂直时有最大值20.495 52″；该参数的标准历元为2000年）,也就是说同一方向恒星光行差的大小完全一致,由此产生的恒星视位移全部相同与恒星的远近没有关系,不存在类似周年视差那样有一个遥远而相对静止的星空参考背景.这是光行差与周年视差检测方法最主要的区别之一.所以不可能像测量周年视差那样（参见图2）,通过两幅时隔半年同一天区的高分辨率照片,去对比近距离的恒星相对较遥远（100 PC以上）背景恒星的视位移,去想当然将光行差测量出来.可见,光行差是根本无法效仿恒星周年视差这种天文照相方法测定的.2.2 布拉德雷关于光行差测定的自述布拉德雷在写给哈雷信件（1728年曾发表于Phi1osoPhica1Transactions）中有关于光行差发现过程的叙述.梳理其中关键要点结合图3所示,大致可以表达为［3］∶①布拉德雷在企图测定恒星周年视差位移时,发现天龙座γ星（实际为天龙座α星,是其助手拜伊尔标记错了）在上中天时其天顶距（Zγ）有时偏南有时偏北；②通过测定该星上中天时的天顶距（Zγ）,可以推算出该星的赤纬（δγ）,布拉德雷一年内对该星的赤纬作70次以上的观测发现δγ值有系统性的周年变化,变幅40″左右（即相对δγ的平均值,偏南或偏北±20″左右的变化）；③布拉德雷发现δγ南北偏差的最大值大致出现在太阳位于春分点和秋分点的季节（即三月份该星上中天时,地球的运动方向大致指向当地南点S时,其赤纬坐标偏南的角度最大,约为-20″；当九月份该星上中天时,地球的运动方向大致指向当地北点N时,其赤纬坐标偏北的角度最大,约为＋20″）；④同时布拉德雷还利用与天龙座γ星的赤纬大致相同而赤经相差180°一颗对称暗星作对比观测,排除了天龙座γ星这种周期性视位移是章动所致；同时观测表明天龙座γ星的赤纬变化比这颗对称暗星赤纬变化约大2倍,经计算他发现它们赤纬变化的最大值与其黄纬的正弦相关.⑤布拉德雷还发现天龙座γ星赤纬坐标的偏移方向恰恰与预期的周年视差的偏移方向相反,断定这不是恒星周年视差位移……2.3 问题的分析在研读分析上述问题时必须注意∶太阳在天球上周年视运动的向点,恰好与地球在轨道上周年真运动向点的方向相反.比如三月份春分时太阳视运动的向点是北半天球的夏至点,此时地球公转真运动的向点则是南半天球的冬至点（冬至点赤经α＝18 h）,而天龙座γ星的赤经与之非常接近（αγ＝17 h 56m 36.4 s现今值）,当天龙座γ星上中天时冬至点（地球运动的向点）也很接近天子午线,此时冬至点（向点）仅仅比伦敦的南点S高了大约15°纬距（见图3）.布拉德雷选择了赤纬值（δγ＝51°29＇）与格林威治天文台纬度（φ＝51°28＇38″）大致相等的天龙座γ星,这样其上中天时正好在天顶（Z）附近,星光垂直进入大气层,故无需作蒙气差修正以保证测量的精确度（蒙气差约为0.006″）.但这种方法只能测定地球短周期运动产生的光行差,比如∶地球自转的周日光行差0.3″（赤道处）、地球公转的周年光行差20.5″；而长周期运动的光行差,比如∶地球跟随太阳本动的光行差13″、地球跟随太阳绕银河系自转的光行差170″以及利用微波背景辐射测出的指向狮子座369 km/s地球绝对运动［4-6］的光行差达253.9″,都不能用此法测定,而只能从理论导出.2.4 布拉德雷的观测结论是真命题综上所述∶根据当时望远镜的观测精度,结合布拉德雷信件叙述的要点和笔者复原图示的原理以及太阳位置与地球运动空间方向关系的研判——无疑低精度测量地球相对星光周年运动的光行差现象,是一个可信的历史事实,是真命题,其测量方法是科学正确的.这就预示了麦克斯韦设计的高精度实验的理论依据有科学错误.3.1 麦克斯韦设计实验的依据麦克斯韦是最早预言电磁波的存在并提出电磁波理论的物理学家.他认为光波也是一种电磁波,并说∶“光本身乃是以波的形式在电磁场中按电磁规律传播的一种电磁振动.”他将电、磁、光理论进行了整合,并从理论上推导出光速常数C.只是在那个年代人们对电磁波的理解还是摆脱不了机械波的影响,认为电磁波包括光波都必须借助一种叫“以太”介质方可以传播,且“以太”是绝对静止并万物渗透的,空间里的所有天体、物体都相对其运动.在这样的历史背景下,麦克斯韦在设置这个实验时对光的传播作了一个约定∶光在“以太”介质的传播速度为一常数C,C值与光源的运动无关.然后他设计了两个相互垂直的光路,利用光波的干涉原理去检测顺地球运动方向与垂直地球运动方向两路光波的光程差Δ（他预期垂直光路上有光行差角,导致两路光的行程有差异,按照实验的设计可在光的波长量级检测到这种光程差异）从而证实地球相对“以太”的运动（参见图4）.根据实验单色光的波长λ、两光路的分别臂长L以及地球公转运动时相对“以太”的速度V⊕可以预期应该观测到干涉条纹的变化（精度为1887年首先由美国人迈克尔逊-莫雷完成这个试图测量检验地球公转运动实验,但是观测不到麦克斯韦预期的结果.此后科学家多次重复这个实验,直到1964年观测的地球轨道速度的上限值没有超过实际值（V⊕）的千分之一［1］.3.2 实验失败的原因麦克斯韦假设“以太”存在的理论前提是错误的,在地球大气介质内部做这个实验时实际上能检测出来的只是大气介质光速C＇,而实验室的大气介质是相对地球参照系是静止的,因此C＇就是地球参照系的相对速度.要想从这个实验中分离出麦克斯韦预期所谓的“以太”光速C以及地球相对“以太”的轨道速度V⊕是根本不可能的,更不可能观测到它们（C与V⊕）在垂直光路所产生的光行差角（约20″参见图4）.而均匀的介质光速是各向同性的,在这两个相互垂直的光路中就不会出现麦克斯韦预期的光程差.麦克斯韦所犯的错误就类似图5的A示意的情形一样：在大气介质内部用相对地球静止的光源去测定地球参照系公转运动产生的光行差是不可能的（用角秒精度量级的经纬仪很容易证实）.因为此时光源与望远镜两者都是相对地球参照系静止的,大气介质光速C＇也是相对地球参照系的速度,根本不可能通过大气介质光速C＇测定地球参照系自身的运动状态（参见图5的B∶没有光行差角,无法根据C＇推算出V⊕）.这正如坐在匀速直线运动的列车上,可以通过窗户观察车厢外倾斜的雨滴轨迹去感知列车的运动状态（如同图1或图6的状态）,而不能通过在车厢里面下降的水滴去感知列车的运动状态（如同图5的B状态）的道理是相同的.至于有人质疑∶在图1中,用非地球参照系的真空恒星光速去测量光行差时,星光被望远镜观测前也会进入大气介质从而被参与公转运动的大气介质所曳带,最终成大气介质光速C＇,这与图5的B是有何区别呢？笔者认为∶正如图6所示,在绕日公转的地球参照系中,星光在进入大气前其视方向已经相对真方向发生大约20″的偏角.进入大气后因星光减速（减速就是真空光速C转变为大气介质光速C＇的标志）进而发生折射现象,但对于偏离天顶20″的恒星入射光线其蒙气差产生的折射偏角是完全可以忽略的极微小量（约为0.005″参见图6）.图4的实验之所以失败,是因为地球参照系带动了大气介质,导致无法通过大气内部相对地球静止的光源的大气介质光速C＇去测量地球参照系自身的运动状态.3.3零结果实验历史解释的研判斐兹杰拉-洛伦兹,用参照系带动“以太”的观点去解释了迈克尔逊-莫雷实验.他们只是在麦克斯韦的基础上将错就错增加了一条约定∶①光在“以太”介质的传播速度为一常数C,C值与光源的运动无关（麦克斯韦的原约定）.②运动的参照系可带动“以太”,因此相对任何运动的参照系光速仍然为常数C（斐兹杰拉和洛伦兹提出的补充约定）.于是在这两个约定的基础上,推导出斐兹杰拉-洛伦兹变换.从而得出运动的参照系会导致在运动方向上发生长度收缩的假说∶即在相对K系静止且长度为L的物体,其相对K系以速度V运动后（即在K＇系中）顺着运动方向上长度收缩为,因而抵消了麦克斯韦期望的光程差Δ（因为麦克斯韦的“以太”观点认为∶垂直地球运动方向上的单程光程恰好就是于是这两个方向的光程差Δ＝0）.洛伦兹变换的数学推导过程是没问题的,有问题的只是推导前提的两个约定是完全虚构的.这个对迈克尔逊-莫雷实验解析的结论预示∶地球绕日公转的相对速度无法测定,绝对速度更无法测定.显然这个长度收缩的假说是在“以太”观点的两个错误假设前提下推导出来的,是否值得取信？问题是一个能够用地球参照系的大气介质光速C＇各向同性很简约地解释清楚的零结果实验,为何非要用一个“以太”观点的长度收缩假说去解释不可？这在逻辑上是讲不通的.历史上人们最终摈弃了“以太”学说,而爱恩斯坦利用推理所不及的“光速不变原理”重新阐释了斐兹杰拉-洛伦兹变换的前提对“以太”介质的两个约定,却没有改变整个“以太”观点的逻辑推理过程（如图4所示在大气介质内部做这个实验,同样不能分离出真空光速C和地球在真空中的公转速度V⊕）,他进而引出了相对论的理论让人们相信了这个“运动方向长度收缩”的假设.4.1 “光速不变原理”的确切涵义爱恩斯坦的“光速不变原理”实际上是用“真空”替换了“以太”概念的斐兹杰拉-洛伦兹变换的两个约定前提的另种说法,于是“光速不变原理”的假定同样具有以下两重涵义［7］（否则无法推导出斐兹杰拉-洛伦兹变换来）∶①光在真空中的传播速度为常量C,C值与光源运动无关（以下简称为原理①）.②相对于任何运动的惯性参照系,真空光速仍为常量C（以下简称为原理②）.有悖常理的是,爱恩斯坦在没有定义光速之前就提出“光速不变原理”,然而根据“光速不变原理”涵义的上述两重性,他是根本无法定义光速的.比如,原理①表明∶真空光速C就是相对静止空间的绝对速度——因为无论光源如何运动其速度都没法迭加到光速C上,所以运动的光源在某瞬间发出的光脉冲,其波前的速度必定是以发出光脉冲瞬间光源的瞬心为中心作球面扩散的绝对速度；但原理②却明确否定绝对速度的存在——无论惯性参照系以什么速度运动,真空光速C都是该参照系的相对速度.光速究竟是绝对速度抑或相对速度——莫衷一是.4.2 “光速不变原理”是矛盾命题现在首先假定爱因斯坦的“光速不变原理”是正确的.那么如图7所示∶假设K＇系相对静止的K系作匀速直线运动,在K＇系坐标原点O＇上固定一个光源S,当两个坐标系原点O与O＇重合的瞬间,K＇系的光源S发出一个光脉冲.于是按照原理①∶由于C值与光源S运动无关,光脉冲应该按绝对速度C在K系以O点（光源发出光脉冲瞬间的瞬心）为圆心作球面扩散；但按照原理②∶光脉冲应该按相对速度C在K＇系以O＇点为圆心作球面扩散,此时在K＇系C值与光源S的运动相关.这样在K＇系就发生了与原理①矛盾冲突的事件.从而证明原理①与原理②不相容. 这是因为∶原理①明确否定了光源运动速度对于光速的可迭加性；但原理②却又赋以参照系其运动速度对于光速的可迭加性；所以一旦将运动的光源视为参照系就不可避免发生原理①与原理②矛盾冲突.可见“光速不变原理”涵义的两重性本身就是一个矛盾命题.显然这种矛盾就是利用“以太”观点的两个错误假设前提推导出斐兹杰拉-洛伦兹变换时所产生的.问题在于,如果没有这两个以太观点的假设前提又推导不出洛伦兹变换,为此爱恩斯坦只能相信“以太”或许是存在的.1920年爱恩斯坦在题为《以太和相对性原理》的演讲中说∶“根据广义相对论,空间没有以太是不可思议的.实在的,在这种（空虚的）空间中,不但光不能传播,而且量杆和时钟也不可能存在,因此也就没有物理意义上的空间—时间间隔……因此,在这种意义上说,以太是存在的.［1,8］”电磁波是物质的,在某瞬时其波前的光子所到达的空间应该是唯一的,不可能在图7那两个人为设定的参照系中同处两地.可见,爱恩斯坦的“光速不变原理”存在问题,是一个视乎没有“以太”字眼却基于以太观念的假定.笔者认为能够影响光速的不是光源,不是“以太”,更不是人为设置的参照系.而应该是能使光减速的介质系统,或是能使光拐弯的引力场系统,以及能使光谱线分裂（塞曼效应）的磁场系统,即能够曳带光和电磁波的任何受力系统.5.1 光速的定义在上述的前提条件下,对光速可作如下定义.定义1 光在真空中不受力的情况下,其传播速度为一常量C,C值与光源运动无关,C是相对静止空间的绝对速度.定义2 在光的受力系统的惯性参照系中,光速是受力系统的相对速度,在真空的引力场系统或磁场系统中,光的相对速度为一常量C＇.所谓光的受力系统指的是引力场、磁场或介质系统等惯性参照系.在真空中C与C＇的量值相同,只不过前者是绝对速度,而后者则是相对速度.在介质系统中光的相对速度为（C＇/n）,其中n为介质相对真空的折射率.5.2 光速定义的阐释从定义1可知∶C是一种理想状态，在没有引力场或零磁场真空里的光源发出的光波的速度就是绝对速度C（但这种无引力场或零磁场的空间几乎不存在）；或者当宇宙只有一颗处于匀速直线运动的恒星时,且星光越来越远离恒星的引力场时就会出现C＇逐渐趋近于绝对速度C（显然这种情况也不存在）.从定义2可知∶在现实宇宙里恒星发出的光线随着传播距离增大,光速C＇逐渐成为更高级别的天体引力系统的相对速度（这样双星系统也不会出现“魅星”［1］现象）,当天体系统越大时系统的平均速度越接近于零——即系统趋于绝对静止［4］,进而导致光速C＇逐渐趋近于C成为绝对速度.因此,经过非常遥远距离（非可视空间）传播过来的3K微波背景辐射的波速,就是相对巨大静止天体系统的绝对速度C.于是∶美国人利用U2型飞机、COBE卫星、WMAP卫星,探测到非可视空间3K背景辐射强度平滑处理后的温差距平（温差距平极值约为±0.003 5K±0.000 6K）呈“天空大余弦”（The great Cosine in the Sky［6］参见图8）分布,就是太阳绝对运动［4-6］在3K微波背景辐射穿行时产生的多普勒效应所致.运动向点（狮子座）的微波背景辐射的频率较高温度较高；运动背点（宝瓶座）的微波背景辐射的频率较低温度低（参见图9）.从定义2可2知∶在迈克尔逊——莫雷实验中,人们能检测到的大气介质光速,只是地球参照系的介质系统相对速度（C＇/n）,无法由此获取参照系的运动状态.光行差的实质恰恰就是∶光速和地球相对速度的矢量合成导致光的方向和速度发生了变化所引起的.因为光线相对地球的速度发生了变化,从而否定了光速不变的假设.所以光行差是否定相对论“光速不变原理”的直接证据.笔者认为∶相对论不应该出自一个基于“以太”观点而设计的失败实验,以及基于一个“以太”观点错误假设前提的解析.本文仅仅只是不认同“光速不变原理”及其绝对速度不可测量的观点,并尝试定义光速,以期对相对论中的瑕疵给出科学合理的说法,并非全盘否定相对论.【相关文献】［1］倪光炯,李洪芳.近代物理［M］.上海∶上海科学技术出版社,1979∶22-33.［2］廖伟迅.光行差测定研究［J］.陕西师大学报∶自然科学版,1995（12）∶23-26.［3］宣焕灿.天文学名著选译［M］.北京∶知识出版社,1989∶131-140.［4］廖伟迅.宇宙模型的探究［J］.韶关学院学报∶自然科学版,2013,34（6）∶28-32.［5］郭兆林.早期宇宙的实验室∶宇宙微波背景［J］.物理双月刊,2005,27（6）∶768.［6］比亚尔科A B.我们的行星——地球［M］.北京∶地震出版社,1987∶16.［7］爱恩斯坦A.狭义与广义相对论浅说［M］.香港∶商务印书馆有限公司出版,1976∶15-17. ［8］洪定国.科学前沿集［M］.长沙∶湖南科学技术出版,1998∶136.。

物理实验迈克尔逊干涉仪实验误差分析及结果讨论在迈克尔逊干涉仪实验中，我们常常会遇到各种误差。

这些误差像是潜伏在黑暗中的鬼魂，时不时就冒出来捣乱。

干涉仪的工作原理其实很简单，光通过分束器后分成两束，经过不同的路径后再重合，形成干涉条纹。

看似简单，实则复杂，误差也不容小觑。

1.1 实验装置的选择是第一步。

不同的光源会影响实验结果。

比如，激光光源比普通灯泡要稳定得多。

稳定的光源能减少波动，提升干涉效果。

可若选择了不适合的光源，结果就可能大打折扣。

光波的波长、相干性，都是我们必须考虑的因素。

1.2 再说说环境因素。

实验室的温度、湿度、空气流动，甚至是地面的震动，都可能对干涉条纹产生影响。

想象一下，如果环境不稳定，干涉条纹会变得模糊不清，结果自然不靠谱。

想要得到准确的结果，就必须让实验室达到理想状态。

有人说，细节决定成败，真是一点没错。

2.1 量测误差也是个大问题。

使用尺子量距离时，人的误差、设备的精度，都会导致结果偏差。

每一次测量，都会带来一些“误差”。

这些误差如果不加以控制，最后的结果就会像一团乱麻，让人无从下手。

2.2 此外，光的干涉效果本身也受限于实验设置。

比如，分束器的角度和位置，如果微微偏差，就可能导致干涉条纹出现不均匀的现象。

精确调节这些参数，是确保实验成功的关键。

万事开头难，但只要抓住了要点，就能事半功倍。

2.3 不要忽视数据记录的重要性。

实验过程中，每一个数据都可能是宝贵的线索。

及时记录，认真分析，这样才能找到问题的根源。

光是观察条纹变化，不够深入。

我们要深入挖掘，找到影响结果的每一个细节。

3.1 在讨论实验结果时，数据分析至关重要。

通过图表，我们能直观地看到误差的趋势，明确哪些因素影响最大。

这种方法不仅简洁明了，还能让我们更清楚地理解实验的最终结果。

数据不撒谎，但我们需要理解它的语言。

3.2 当然，不同实验之间的对比也是很有意义的。

通过对比，我们可以发现各自的优缺点，提升未来实验的设计。

物理实验迈克尔逊干涉仪实验误差分析及结果
讨论
哎呀，今天我们要讲的是迈克尔逊干涉仪实验误差分析及结果讨论。

这可是个高大上的实验啊，不过别担心，我会让你们轻松理解的！
咱们来了解一下迈克尔逊干涉仪是什么。

迈克尔逊干涉仪是一种用来测量光波长差的仪器，它由一个光源、一个分束器、一个反射镜和一个合并器组成。

通过调整光源的位置，我们可以观察到光波长的干涉现象，从而得到光的波长差。

接下来，我们来看看这个实验中可能出现的误差。

首先是仪器本身的误差，比如说反射镜的表面可能有污垢或者凹凸不平，这会影响到光线的反射。

其次是人为操作的误差，比如说调整光源位置的时候，手抖了一下导致位置不够准确。

还有就是环境因素的影响，比如说温度、湿度等都会对实验结果产生影响。

那么，我们该如何减小这些误差呢？我们要保证仪器的精度，定期对仪器进行维护和清洁。

在操作过程中要保持冷静，尽量避免手抖。

我们还可以利用一些补偿方法来减小环境因素的影响，比如说使用恒温恒湿的环境来进行实验。

好了，现在我们来看一下实验的结果。

根据我们的观察和计算，我们得到了光波长差为X微米。

这个结果看起来还不错，但是我们还需要进一步分析。

如果光波长差较大，说明我们的仪器精度还不够高；如果光波长差较小，则说明我们的仪器精度已经比较高了。

迈克尔逊干涉仪实验是一个非常有趣且实用的实验。

通过这个实验，我们可以了解到光的性质和波动规律，同时也可以锻炼我们的实验技能和分析能力。

希望大家在以后的学习中能够多多尝试这样的实验哦！。

迈克尔逊莫雷实验的解释与改进迈克尔逊－莫雷实验（Michelson-Morley Experiment ），是1887年迈克尔逊和莫雷在美国克利夫兰进行的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速差值的一项著名的物理实验。

测量中没有发现干涉条纹，是零结果。

一、实验简述迈克尔逊－莫雷实验的原理如下图（1）。

光源S 0发出的光，经半透明的分光镜M 分为两束，一束射向反射镜M1、另一束射向反射镜M2，两束光再分别经M1和M2反射回M ，然后再射向O 点干涉屏。

S—M1段与S—M2段长度相同为L 。

图（1）迈克尔逊干涉仪由于以太风的作用，S—M1段的时间为：22221v c L v c Lt -+-=；S—M2段的时间为：vc L v c L t -++=2，这样两段就产生了时间差021≠-=∆t t t ，时间差产生相位差，相位差产生干涉，于是O 点干涉屏上应出现干涉条纹。

然而，实验的结果却超出了人们的预料，是零结果。

这一零结果引发了对迈克尔逊－莫雷实验的多种多样的解释，其中最著名的是洛伦兹收缩以及后来的狭义相对论。

二、零结果解释迈克尔逊－莫雷实验的零结果，到底该如何理解释？真的有收缩效应吗？之前的很多解释基本上还停留在用刚体粒子的观念来解释波上，而波的很多属性是不能用粒子的观点来解释的，用波的观点来解释，其零结果就是正常而自然的结果了。

我们知道：光速与光源的速度无关，光波一经发出就脱离了光源而独立自主的传播，当光源向前走了而光波则留在其原始发出点的位置向外扩散。

那么关键问题来了，对于地球表面的光波而言当光源走了以后其相对静止的发出点是哪里？根据麦克斯韦电磁理论以及目前为止的观测实验，可以确定这个点即是地球上光源发出光波瞬间的那个相对地球静止的点。

现在回到实验本身，在实验中仪器相对于地球表面是静止的，那么光源相对于地球表面也是静止的，这时光波发出点也就是光源所在的点，当光源S 0传到M 分光镜S 点后，可以将S 点看用是一个二次光源，那么从S 点发出的光就是以S 点为中心的环形波，如下图（2）。

绪论迈克尔逊干涉仪是1883年在美物理学家迈克尔逊和莫雷合作为研究“以太”漂移而设计创造出来的精密仪器。

它利用分振幅法产生双光束以实现干涉。

迈克尔逊与其合作者用此仪器进行了三项著名实验：即迈克尔逊-莫雷实验，实验结果否定了“以太”的存在，为相对论的提出奠定了实验基础；随后将干涉仪用于光谱的精密结构的研究；利用光谱线的波长，标定标准米尺等工作，为近代物理和近代计算技术做出了重要贡献。

在实验中我们发现，用迈克尔逊干涉仪的点光源非定域干涉测氦氖激光的波长时,其值总是偏大。

本文通过对某些实验现象进行分析，找出了测量值偏大的原因是在某些区间里干涉条纹并不是严格的等倾干涉条纹。

由此本文通过公式运算与对实验现象的分析，找出了用迈克尔逊干涉仪测氦氖激光波长的最佳区间，并用实验数据进行了应证。

在以后的实验中，我们可以在此区间里进行测量，从而减小实验误差。

笔者发现，在大多数物理实验教科书中，对如何减小实验误差大都进行了罗列与叙述，但大多是从实验仪器与实验者等方面寻找问题，很少有人提及在实验中存在最佳测量区间这一问题。

笔者在实验中发现了一些异常现象，通过对象的分析，发现存在着最佳测量区间。

对迈克尔逊干涉实验的分析与讨论1 引言1881年迈克尔逊（Michelson，1852-1931）制成可以测定微小长度、折射率和光波波长的第一台干涉仪。

后来，他又用干涉仪做了3个闻名于世的重要实验：迈克尔逊-莫雷（Morley,1838-1923）“以太”漂移实验，实验结果否定了“以太”的存在，解决了当时关于“以太”的争论，并确定光速为定值，为爱因斯坦（Einstein,1879-1955)发现相对论提供了实验依据；迈克尔逊与莫雷最早用干涉仪观察到氢原子光谱中巴耳末系的第一线为双线结构，并以次推断光谱线的精确结构；迈克尔逊首次用干涉仪测得镉红线波长（λ=643.84696nm)，并用此波长测定了标准米的长度（1m=1553164.13镉红线波长)。

迈克尔逊莫雷实验解说迈克尔逊—莫雷实验迈克尔逊—莫雷实验1、“以太”的历史“以太”的概念有着漫长的历史。

古希腊时代，以太指的是青天或上层大气，有时也表示占据天体空间的物质；亚里士多德就曾把它视为构成天体的基本元素。

17世纪的笛卡儿首先将以太引入科学，并赋予它的力学性质。

在笛卡儿看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。

因此，空间不可能是空无所有的，它被以太这种媒介物质所充满。

以太虽然不能为人的感官所感觉，但却能传递力的作用，如磁力和月球对潮汐的作用力。

他甚至试图用以太的涡漩来说明天体的运动，例如提出涡漩携带着行星绕太阳转动。

光的波动说的始祖胡克和惠更斯为解释光现象，都假设存在着以太。

牛顿也像笛卡儿一样反对超距作用并承认以太的存在。

在他看来，以太不一定是单一的物质，因而能传递各种作用，如产生电、磁和引力等不同的现象。

牛顿也认为以太可以传播振动，但以太的振动不是光，因为光的波动学说（当时人们还不知道横波，光波被认为是和声波一样的纵波）不能解释现在称为的光的偏振现象，也不能解释光的直线传播现象。

18世纪是以太论没落的时期。

由于法国笛卡儿主义者拒绝引力的平方反比定律而使牛顿的追随者起来反对笛卡儿哲学体系，连同他倡导的以太论也在被反对之列。

随着引力的平方反比定律在天体力学方面的成功以及探寻以太未获实际结果，使得超距作用观点得以流行。

光的波动说也被放弃了，微粒说得到广泛的承认。

到18世纪后期，证实了电荷之间（以及磁极之间）的作用力同样是与距离平方成反比。

于是电磁以太的概念亦被抛弃，超距作用的观点在电学中也占了主导地位。

进入19世纪，由于光的波动论的复活和电磁理论的发展，以太问题成为科学家研究的热门课题。

在19世纪上半叶，所有研究以太问题的人都是期望建立一个合理的光理论而探讨它的，阿拉戈实验和光行差被看作是这个理论的试金石。

后来人们着手讨论光行差理论，也是期望它能提供一种以太模型，以便利用这种以太模型解决光的横波理论所面临的严重困难。

迈克尔逊干涉实验报告资料迈克尔逊干涉实验是19世纪末、20世纪初，美国物理学家迈克尔逊和莫雷进行的实验。

这个实验被认为是探索光速以及光的本质等方面的重要实验之一。

本文将介绍迈克尔逊干涉实验的原理、实验流程和结果。

1. 实验原理：迈克尔逊干涉实验的基本原理是利用光的干涉现象来探测光速的变化。

光线在真空中的传播速度是恒定的，因此光线在固体和液体等介质中传播速度会有所变化。

利用这个原理，迈克尔逊发明了一种精密的干涉仪，用来检测光线在不同介质中的速度变化，并通过这个速度变化间接测量出光在真空中的速度。

2. 实验流程：迈克尔逊干涉仪由两个向同方向移动的平行壳体构成。

其中一个稳定的光源照射一束光线，经过分束镜分为两束光线，分别通过壳体的两个表面反射后，重新汇聚在分束镜上。

当壳体的运动状态发生变化时，两束光线的相对路程差会发生变化，会在分束镜的两侧产生干涉条纹。

通过测量干涉条纹的位移，可以精确测量出光的速度。

3. 实验结果：迈克尔逊干涉实验的实验结果表明，在真空中，光的速度是不变的。

实验中发现，在干涉条纹上发生位移时，就意味着两束光线的相对路程差发生了变化。

在实验过程中，迈克尔逊使用银镜取代了空气中常用的玻璃材料，以避免垂直于银镜的光线在反射时出现相位差的情况。

通过精确地测量干涉条纹的位移，迈克尔逊精确测定了光在真空中的速度，并为今后的科学研究奠定了基础。

总之，迈克尔逊干涉实验在光学和物理领域起到了至关重要的作用，成为了现代科学的重要里程碑之一。

它不仅向我们展示了光速恒定的特性，还为传感器、光纤通信技术等现代科技的发展提供了基础。