如果存在以太,則當地球穿過以太繞太陽公轉時,在地球通過以太運動的方向測量的光速,應該大於在與運動垂直方向測量的光速。
於是呢,
邁克爾遜和莫雷他們就搞出了這麼個實驗設備。
這個實驗使用到的儀器並不複雜,從俯視圖來看,總共分成四個模塊:
光源位於俯視圖的最左邊,光路從左往右發射——在實際操作的時候,這個方向要與地球公轉的方向一致。
光源右側的位置上放著一塊分光鏡。
分光鏡字如其名,就是可以將光線分開的鏡子,也叫作分束鏡。
它從材料的性質上劃分是一種鍍膜玻璃,在光學玻璃表麵鍍上一層或多層薄膜。
當一束光投射到鍍膜玻璃上後,通過反射和折射,光束就被分為兩束或更多束。
邁克爾遜莫雷實驗需要用到的分光鏡的精度要求很高,它可以將光線分成繼續向右的光束1,以及垂直向上的光束2——同樣是俯視圖的說法。
隨後在光束1和光束2的末端再放置兩塊反光鏡,光線抵達後便會原路返回。
早先說過。
地球公轉的時候會有迎麵吹來的‘以太風’,這個速度是30公裡每秒。
因此在沿著公轉方向上的光束1,到達M1和從M1返回的傳播速度為不同的。
假設地球的速度是v,分光鏡到反射鏡的距離是d。
那麼過去和回來的速度就分彆是c-v和c+v,相當於逆風和順豐。
二者往返的時間則是:
d/(c-v)+d/(c+v)。
而光束2由於和地球運轉方向垂直,所以無論來還是回都會遇到以太風。
那麼時間便是固定的:
2d/√(c2-v2)。
如此一來。
光束2和光束1到達觀測屏的光程差就是:
c(d/(c-v)+d/(c+v)-2d/√(c2-v2))。
有光程差,它們就一定會產生乾涉條紋。
接著隻要讓實驗儀器整體旋轉90度,則光束1和光束2到達觀測屏的時間互換,使得已經形成的乾涉條紋產生移動。
這個改變的量也很好計算,高中物理就學過,是△l=2dv2/c2。
如此一來。
移動條紋數就是△l/λ。
邁克爾遜當時設計的乾涉儀光臂長度為12米,最終理論上應該移動的條紋是0.37。
至於結果嘛......
這樣說吧。
邁克爾遜莫雷實驗的目的是為了證明以太的存在,邁克爾遜和莫雷也是堅定的以太論支持者。
而這個實驗在物理史上呢,又被稱作小泊鬆實驗.......
看到泊鬆二字,想必大家也都猜到了最終結果。
沒錯。
條紋彆說0.37了,它壓根動都沒動。
本該證明以太的實驗,反倒把以太給反殺了。
所以這個實驗是物理史上的重大節點之一,也是後世那些否定相對論的民科口中必提的另一個實驗:
不過比起充作民科‘理論支點’的斐索流水實驗,邁克爾遜-莫雷實驗在民科口中往往充當的是醜角。
標準術語一般是這樣的:
【邁克爾遜-莫雷實驗之所以0結果,是因為這個實驗完全是錯誤的,它沒有任何意義......】。
這種待遇有些像三國裡的骷髏王袁術,基本上提到此人便離不開一句塚中枯骨......
但實際上呢。
這些民科質疑的事情,物理史上早就有一堆人diss過了。
比如在邁克爾遜-莫雷實驗結果公布後,當時許多人都認為這個實驗談不上決定性。
例如赫赫有名的洛侖茲,就曾經對實驗的否定結果依然疑慮重重。
瑞利在1892年發表的一篇論文中則認為“地球表麵的以太是絕對的靜止還是相對的靜止”,依然是一個懸而未決的問題。
他覺得邁克爾遜—莫雷實驗的否定結果是“一件真正令人掃興的事情”。
哦對了,還有在今天現場被男酮盯上的老湯。
這位開爾文勳爵死活不相信這個結果,就和得知了關羽已死的劉備一樣,嘴裡頭嚷嚷著‘不可能,我以太論天下無敵’。
他在1900年的巴黎國際物理學會議上,甚至直接敦促莫雷和另一個叫做米勒的物理學家重做一次實驗,否則就要起訴他們.....
在從邁克爾遜-莫雷實驗公布結果到老愛發表相對論期間。
科學家在不同地點、不同時間重複了不知道多少次邁克爾遜-莫雷實驗。
並且應用各種手段對實驗結果進行驗證,精度不斷提高。
奈何結果依舊不變。
乾涉條紋仿佛被耳根壓住了一般,我自巍然不動。
而發現實驗結果不變後,物理學家們又開始去找實驗的弊端,卻依舊無果。
可以這樣說。
縱觀物理學史,你就找不到幾個能像邁克爾遜—莫雷實驗被整個物理學界花小20年去傾力找bug的實驗。
在這種情況下。
後世若是從某種未知的物質、或者微觀角度去找茬那還好說點。
但那些民科卻直接從字眼上去扣,例如什麼少走了五分之一光路啊,沒設立相對原點啊雲雲——這些其實早就被物理學界研究過不知道多少次了。(吐槽一下抖音的算法,莪最近看了幾個民科博主,現在主頁全是民科了,真的看得人高血壓.....)
民科真正說對的其實隻有一句話,那就是老愛提出的光速不變確實還隻是假說而非原理。
但問題是這個假說雖然沒有真正的、可以蓋棺定論的實驗證明,但它在和其他理論的爭論中卻同樣沒有敗過。
至少在徐雲看來。
一個假說在被普遍接受之後,在應用它的時候,其實就和原理沒啥區彆了。
很多場合下,摳字眼是一種很無趣的行為。
就像純淨水和礦泉水是兩個概念,但當你叫朋友去買瓶礦泉水的時候他買了瓶純淨水,你和他說買錯了水試試?
真這樣說,朋友都遲早得離你而去。
視線再回歸現實。
看著黑板上密密麻麻的板書,徐雲又瞥了眼一臉憨笑的小麥。
心中不由冒出了一股感慨。
不愧是能推導出麥克斯韋方程組的掛壁,數學上的敏感性實在是太強太強了。
要知道。
邁克爾遜—莫雷實驗的設備雖然簡單,但要想通乾涉條紋變化的環節卻絕非易事。
隻能說這段時間在徐雲和高斯的調教下,小麥的成長速度達到了一個極其恐怖的程度。
否則以徐雲對小麥的了解。
至少在原本曆史中,這個時期的小麥應該是沒有這麼掛逼的——畢竟他才剛進劍橋還沒半年呢,隻是個掛逼青春版。
不過另一方麵。
小麥的板書倒也為徐雲省了一些事,很多過程甚至比徐雲預想的還要簡潔。
於是他順勢拍了拍小麥的肩膀,示意這個工具人回到座位,自己摘下了桃子。
隨後看向台下眾人,說道:
“各位同學,如你們所見,麥克斯韋的演示非常完美——沒錯,這就是我原先準備好的實驗方案。”
“硬要說有什麼要補充的,那就是分光鏡必須盛放在一塊光滑的大理石板上,下方充滿水銀,如此才能順利的操控轉向。”
“除此以外,即便是肥魚先生再世,也沒什麼好添加的了。”
台下頓時一靜。
幾秒鐘後。
啪啪啪——
活動室內驟然響起了一道熱烈的掌聲,不少人的臉上甚至帶著一股與有榮焉的神采。
在這個時間線能被徐雲這樣一位肥魚後人做出這種評價,基本上不下於後世貝利和馬納多納同時表示某個球員有球王之姿了。
待掌聲消退後。
看熱鬨不嫌事大的馬克斯·克裡斯蒂安·腓特烈·布魯赫又舉起了手,迫不及待的追問道:
“羅峰同學,這個實驗什麼時候可以開始做?”
徐雲聞言笑了笑,朝他做了個稍安勿躁的手勢,說道:
“布魯赫同學,你不要太著急了,這個實驗雖然簡單,但要用到的設備卻要求很高。”
“例如用於散開光斑形成乾涉圖樣的凸透鏡、長度最少12米、可以檢測到0.01倍波長變化的乾涉儀懸臂等等......”
“以上這些設備製備起來,能在半年內準備完畢都算快的。”
“更彆說調試也需要一定耗時,所以我初定的實驗時間,大概在今年的十月份左右。”
正如徐雲所說。
曆史上的邁克爾遜之所以會找到莫雷合作,便是因為這個實驗需要用到的設備實在有些超綱。
那位莫雷的全名叫做愛德華·莫雷,是一位專門建造實驗設備的行家,技藝之精湛在19世紀末首屈一指。
但即便是莫雷親自出手,他們也花了足足四年才搞定好諸多儀器。
眼下副本受徐雲的影響,光學設備方麵的工業生產力接近了1900年,比邁克爾遜他們的時代要高點。
同時又有艾維琳這個ATM姬撒錢,半年內準備完畢應該不算困難。
當然了。
徐雲準備的這套儀器是衝著那些權威去的,格物社內部倒是可以搞個簡易的乾涉儀供社員們先試試手。
雖然簡易乾涉儀很容易被找出一些‘漏洞’,但多多少少可以讓這些社員對‘以太’的信心產生一些動搖——否則枯等半年的話,有些社內環節恐怕就會遇到阻力。
因此徐雲想了想,又補充了一句:
“各位同學,雖然精密的大型乾涉儀需要幾個月的時間,一時半會兒很難見到成品。”
“不過如果大家有興趣,社團倒是可以給大家搞出來一套簡易的實驗設備。”
“這套設備在理論上可能存在一些漏洞,光臂也隻有一米左右,大概一周內可以搞定,不知道大家願不願.......”
最後一個‘意’字還沒說完,台下便響起了眾人的嚷嚷聲:
“當然願意!”
“我要我要,短一點也沒關係,反正光路都一樣粗......”
“整唄!”
三分鐘後。
徐雲的提議全數通過。
畢竟對於這年頭的學生來說,社團能提供實驗的機會就不錯了,
至於精度這個概念至少在實驗開始之前,他們是決然不會去在意的。
至於試驗後嘛......
大概就會提上褲子,說句一般貨色了。
安撫完眾人的情緒後。
徐雲又環視了台下一周,看向了休伯特·艾裡:
“艾裡同學,不知道你還記不記得我早先和你說過的一句話?”
休伯特·艾裡眨了眨眼:
“格蘭芬多加十分?”
“.......”
徐雲無語的瞥了眼這貨一眼,搖頭道:
“之前你在提到光屬性的時候,我曾經和你說過——你的後半句話其實是錯誤的。”
“你的那半句話除了以太之外,還包括了另一個概念。”
“也就是光雖然疑似有波粒二象性,但在固定的情景下它隻會表現出一種性質。”
“例如牛頓亮斑,又例如光電效應。”
聽徐雲這麼一說,休伯特·艾裡倒也記起來了這事兒:
“哦哦.....我想起來了,沒錯,你是說過這句話。”
說完他便驟然意識到了什麼,驚詫的望向徐雲,不確定道:
“羅峰同學,莫非........”
“你除了乾涉實驗之外,還有其他的安排?”
徐雲朝他點了點頭,嘴角忽然揚起了一絲玩味的笑容,對台下眾人說道:
“各位同學,不知道你們的手藝活怎麼樣?”
............