辉煌人生
迈克尔孙莫雷实验以太漂移实验 迈克尔逊的名字是和迈克尔逊干涉仪及迈克尔逊-莫雷实验联系在一起的,实际上这也是迈克尔逊一生中最重要的贡献。在迈克尔逊的时代,人们认为光和一切电磁波必须借助绝对静止的“以太”进行传播,而“以太”是否存在以及是否具有静止的特性,在当时还是一个谜。有人试图测量地球对静止“以太”的运动所引起的“以太风”,来证明以太的存在和具有静止的特性,但由于仪器精度所限,遇到了困难。麦克斯韦曾于1879年写信给美国航海年历局的D.P.托德,建议用罗默的天文学方法研究这一问题。迈克尔逊知道这一情况后,决心设计出一种灵敏度提高到亿分之一的方法,测出与有关的效应。1881年他在柏林大学亥姆霍兹实验室工作,为此他发明了高精度的迈克尔逊干涉仪,进行了著名的以太漂移实验。他认为若地球绕太阳公转相对于以太运动时,其平行于地球运动方向和垂直地球运动方向上,光通过相等距离所需时间不同,因此在仪器转动90°时,前后两次所产生的干涉必有0.04条条纹移动。迈克尔逊用最初建造的干涉仪进行实验,这台仪器的光学部分用蜡封在平台上,调节很不方便,测量一个数据往往要好几小时。实验得出了否定结果。改进仪器 1884年在访美的瑞利、开尔文等的鼓励下,他和化学家莫雷(Morley,Edward Williams,1838~1923)合作,提高干涉仪的灵敏度,得到的结果仍然是否定的。1887年他们继续改进仪器,光路增加到11米,花了整整5天时间,仔细地观察地球沿轨道与静止以太之间的相对运动,结果仍然是否定的。这一实验引起科学家的震惊和关注,与热辐射中的“紫外灾难”并称为“科学史上的两朵乌云”。随后有10多人前后重复这一实验,历时50年之久。对它的进一步研究,导致了物理学的新发展。迈克尔逊的另一项重要贡献是对光速的测定。早在海军学院工作时,由于航海的实际需要,他对光速的测定开始感兴趣。测定光速 1879年开始光速的测定工作。他是继菲佐、傅科、科纽之后,第四个在地面测定光速的。他得到了岳父的赠款和政府的资助,使他能够有条件改进实验装置。他用正八角钢质棱镜代替傅科实验中的旋转镜,由此使光路延长600米。返回光的位移达133毫米,提高了精度,改进了傅科的方法。他多次并持续进行光速的测定工作,其中最精确的测定值是在1924~1926年,在南加利福尼亚山间22英里长的光路上进行的,其值为(299796±4)km/s。迈克尔逊从不满足已达到的精度,总是不断改进,反复实验,孜孜不倦,精益求精,整整花了半个世纪的时间,最后在一次精心设计的光速测定过程中,不幸因中风而去世,后来由他的同事发表了这次测量结果。他确实是用毕生的精力献身于光速的测定工作。迈克尔逊在基本度量方面也作出了贡献。
迈克尔逊干涉仪测定基准长度 1893年,他用自己设计的干涉仪测定了红镉线的波长,实验说明当温度为15℃气压在760毫米汞柱产生的压强时,红镉线在干燥空气中的波长为6438.4696埃,于是,他提出用此波长为标准长度,来核准基准米尺,用这一方法订出的基准长度经久不变。因此它被世界所公认,一直沿用到1960年。迈克尔逊干涉仪 1920年迈克尔逊和天文学家F.G.皮斯合作,把一台20英尺的干涉仪放在100英寸反射望远镜后面,构成了恒星干涉仪,用它测量了恒星参宿四(即猎户座一等变光星)的直径,它的直径相当大,线直径为2.50×108英里,约为太阳直径的300倍。此方法后被用来测定其他恒星的直径。迈克尔逊的第一个重要贡献是发明了迈克尔逊干涉仪,并用它完成了著名的迈克尔逊 -莫雷实验。按照经典物理学理论,光乃至一切电磁波必须借助静止的以太来传播。地球的公转产生相对于以太的运动,因而在地球上两个垂直的方向上,光通过同一距离的时间应当不同,这一差异在迈克尔逊干涉仪上应产生0.04个干涉条纹移动。1881年,迈克耳孙在实验中未观察到这种条纹移动。1887年,迈克尔逊和著名化学家莫雷合作,改进了实验装置,使精度达到2.5´10-10,但仍未发现条纹有任何移动。这次实验的结果暴露了以太理论的缺陷,动摇了经典物理学的基础,为狭义相对论的建立铺平了道路。迈克尔逊是第一个倡导用光波的波长作为长度基准的科学家。1892年迈克尔逊利用特制的干涉仪,以法国的米原器为标准,在温度15摄氏度、压力760毫米汞柱的条件下,测定了镉红线波长是6438.4696埃,于是,1米等于1553164倍镉红线波长。这是人类首次获得了一种永远不变且毁坏不了的长度基准。在光谱学方面,迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构,这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还运用自己发明的“可见度曲线法”对谱线形状与压力的关系、谱线展宽与分子自身运动的关系作了详细研究,其成果对现代分子物理学、原子光谱和激光光谱学等新兴学科都发生了重大影响。
阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊阶梯光栅 1898年,他发明了一种阶梯光栅来研究塞曼效应,其分辨本领远远高于普通的衍射光栅。迈克尔逊是一位出色的实验物理学家,他所完成的实验都以设计精巧、精确度高而闻名,爱因斯坦曾赞誉他为“科学中的艺术家”。


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