以太漂移的探索.ppt

1、,以 太 漂 移 的 探 索,第十六組,到底什么是以太呢？,以太（Ether）（或譯乙太；英語：ether或aether） 以太是希臘語，原意為上層的空氣，指在天上的神所呼吸的空氣。在宇宙學(xué)中，有時又用以太來表示占據(jù)天體空間的物質(zhì)。,在物理學(xué)思想的發(fā)展中，“以太”是作為一種特殊物質(zhì)被引進(jìn)物理學(xué)的 笛卡爾1644年發(fā)表的哲學(xué)原理 中也引用了以太的觀念 他認(rèn)為由于太陽周圍以太出現(xiàn)漩渦，才造成行星圍繞太陽的運(yùn)動 1678年惠更斯把光振動類比于聲振動，看成是以太中的彈性脈沖，以太又充當(dāng)了光波的載體,以太說的起源,光以太，電磁以太,1800 年以后，由于波動說成功地解釋了干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象，以太學(xué)說

2、重新抬頭 在波動說的支持者看來光既然是一種波，就一定要有載體存在。,而麥克斯韋則設(shè)想用以太的力學(xué)運(yùn)動對電磁現(xiàn)象作出解釋.他所提出的光的電磁理論，又把產(chǎn)生電磁現(xiàn)象的媒介和光以太統(tǒng)一起來。在電磁波以光速傳播的預(yù)言被證實后，以太的存在便在物理學(xué)界獲得了廣泛的承認(rèn)。,以太絕對參考系,對于電磁現(xiàn)象的研究，可以定義一個最優(yōu)慣性系，即相對于以太靜止的參照系，這實際上就是牛頓的“絕對空間”，而且利用在靜止以太中以太恒定速度傳播的光信號，又可以確定出在宇宙中一切地點都同步的“絕對時間”這樣，充滿整個宇宙的絕對靜止的以太，就成了牛頓絕對時空的物質(zhì)框架,光行差的觀測,詹姆斯布拉德雷 BradleyJames,英國天

3、文學(xué)家，發(fā)現(xiàn)星光的光行差并用它測定光速。他測出的光速是308,300公里每秒，很接近現(xiàn)代數(shù)值299,792公里每秒。這一數(shù)值公布于1729年，它證實了奧利羅默1679年公布用另一種方法所測光速的正確。,布拉德雷晚年盡全力編制一個龐大的星表，記載他在最后12年所作的6萬多個觀測。他死后多年，他的星表才分作兩卷，在1798和1805年出版。,布拉德雷的第二個大發(fā)現(xiàn)是地軸的章動，這是追求光行差的觀測更進(jìn)一步的結(jié)果。,布拉德雷很厲害哦！,阿拉果 D.F.J.Arago（17861853）法國著名物理學(xué)家,他從牛頓力學(xué)速度疊加原理出發(fā)，認(rèn)為如果發(fā)光體和觀測者的運(yùn)動速度不同,光速應(yīng)有差別，于是他親自做了一

4、個實驗 。,阿拉果的望遠(yuǎn)鏡實驗,他的實驗正說明經(jīng)典的速度疊加原理不適用于光的傳播。 他假設(shè)星體以無數(shù)種速度發(fā)射光的微粒，只是因為人眼對光有選擇性，只能接收某一特定速度的光微粒，所以看不出差別。,菲涅耳提出部分曳引假說,假說一：在透明物體中，以太可以部分地 被這一物體拖曳。 假說二：假設(shè)透明物體的折射率決定以太 的密度。 假說三：假設(shè)這些密度與折射率的平方成 正比。 假說四：真空中的以太是絕對靜止的，透明物體 運(yùn)動時，物體只能帶動多于真空的那一 部分以太。,裴索試驗,1859年，斐索做了一個流水實驗，實驗的目的是為了考察介質(zhì)的運(yùn)動對在其中傳播的光速有何影響，從而判斷以太是否被拖曳。,實驗裝置如右

5、圖所示，光束由光源發(fā)出后，經(jīng)過半透鏡后分為兩束，一束光與水流方向一致，另一束光則與水流方向相反，兩束光在觀察者處產(chǎn)生干涉條紋。,麥克斯韋堅持著什么？,麥克斯韋從未完全放棄旋轉(zhuǎn)的電子管和以太的渦旋。在他電和磁中，他寫道，“磁力是渦旋的離心力的作用”，而“電動勢”則是“加于起聯(lián)結(jié)作用的結(jié)構(gòu)的應(yīng)力”,麥克爾遜干涉儀實驗,同學(xué)們，很熟悉吧？,邁克爾遜干涉儀,是1883年美國物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計制造出來的精密光學(xué)儀器。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉。通過調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。主要用于長度和折射率的測量。,邁克耳孫和愛德華威廉姆斯

6、莫雷使用這種干涉儀于1887年進(jìn)行了著名的邁克耳孫-莫雷實驗，并證實了以太的不存在,實驗原理示意圖,用邁克爾遜干涉儀測量兩垂直力一向上光速差值的實驗。但結(jié)果證明光速在不同慣性系和不同方向上都是相同的。由此確定了光速不變原理，與狹義相對論基本原理吻合，證實了以太的不存在。,在1887年到1905年之間，人們曾經(jīng)好幾次企圖去解釋麥克爾遜莫雷實驗。 最著名者為荷蘭物理學(xué)家亨得利克羅洛茲，他是依據(jù)相對于以太運(yùn)動的物體的收縮和鐘變慢的機(jī)制。 然而，一位迄至當(dāng)時還不知名的瑞士專利局的職員阿爾貝特愛因斯坦，在1905年發(fā)表的一篇著名的論文中指出，只要人們愿意拋棄絕對時間的觀念的話，整個以太的觀念就是多余的。

7、 幾個星期之后，一位法國最重要的數(shù)學(xué)家亨利彭加勒也提出類似的觀點。愛因斯坦的論證比彭加勒的論證更接近物理，因為后者將此考慮為數(shù)學(xué)問題。通常這個新理論是歸功于愛因斯坦，但彭加勒的確在其中起了重要的作用.,英國物理學(xué)家洛奇（OliverJosephLodge，18511940）在1892年做了一個鋼盤轉(zhuǎn)動實驗，以試驗以太的漂移。,洛奇的轉(zhuǎn)盤實驗,他把兩塊靠得很近（相距僅1英寸）的大鋼鋸圓盤（直徑為3英尺）平行地安裝在電機(jī)的軸上，高速地旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速可達(dá)4000轉(zhuǎn)/分）。一束光線經(jīng)半鍍銀面分成相干的兩路，分別沿相反方向，繞四方框架在鋼盤之間走三圈，再會合于望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生干涉條紋。如果鋼盤能帶動其附近的以太旋

8、轉(zhuǎn)，則兩路光線的時間差會造成干涉條紋的移動。但是，不論鋼盤轉(zhuǎn)速如何，鋼盤正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)造成的條紋移動都是微不足道的。,收縮假說的提出,“我很有興趣地讀到了邁克耳孫和莫雷先生極其精密的實驗結(jié)果，這個實驗是要判定地球是如何帶動以太的，其結(jié)果看來跟其它證明了空氣中以太只在不大程度上被帶動的實驗（按：指斐索流水實驗或霍克實驗）相反。 我建議，唯一可能協(xié)調(diào)這種對立的假說就是要假設(shè)物體的長度會發(fā)生改變，其改變量跟穿過以太的速度與光速之比的平方成正比?！?-費茲杰惹(愛爾蘭物理學(xué)家 ),1892年，荷蘭物理學(xué)家洛侖茲在論地球?qū)σ蕴南鄬\(yùn)動中獨立地提出了收縮假說，他給出了嚴(yán)格的定量關(guān)系 。 假設(shè)固體上兩點的聯(lián)線

9、，如果開始平行于地球運(yùn)動的方向，當(dāng)它后來轉(zhuǎn)90時就不再保持相同的長度。,洛侖茲,他根據(jù)牛頓力學(xué)的速度加法規(guī)則，推出只要長度的收縮系數(shù)為v2/2c2，就可以在（v/c）2的量級上解釋邁克耳孫莫雷實驗的零結(jié)果。1895年，洛侖茲發(fā)表運(yùn)動物體中的電和光現(xiàn)象的理論研究一文，更精確地推出了長度收縮公式：,洛侖茲,相對論,狹義相對論引起了人類時空觀的重大變革，指出物理規(guī)律在所有的慣性系中都是等價的，撥開了以太零漂移的“烏云”,狹義相對論導(dǎo)致了對時間和空間物理概念的清楚理解，并由此認(rèn)識到運(yùn)動著的量桿和時鐘的行為。它在原則上取消了同時性概念，從而也取消了牛頓所理解的那個即時超劇作用概念。它指出，在處理同光速相

10、比不是小到可忽略的運(yùn)動時，運(yùn)動定律必須加以怎樣的修改。它導(dǎo)致了麥克斯韋電磁場方程的形式上的澄清；特別是導(dǎo)致了對電場和磁場本質(zhì)上的同一性的理解。它把動量守恒和能量守恒這兩條定律統(tǒng)一成一條定律，并且指出了質(zhì)量同能量的等效性。從形式的觀點來看，狹義相對論的成就可以表征如下：它一般指出了普適常數(shù)C（光速）在自然規(guī)律中所起的作用，并且表明以時間作為一方，空間坐標(biāo)作為一方，兩者進(jìn)入自然規(guī)律的形式之間存在著密切的關(guān)系,-愛因斯坦,現(xiàn)在以太漂移實驗,康索和默勒等人 德國-20世紀(jì),在實驗結(jié)束時,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)共振頻率之差不到1赫茲(在實驗誤差范圍以內(nèi)):以太的存在再一次被否定 。,別光顧著看過去，咱來看看離我們

11、近點的！,以太說中那個被加上了種種機(jī)械的、絕對的性質(zhì)的以太被否定了,但作為天體本原物質(zhì)的以太還沒有完全水落石出。我們已經(jīng)看到,“以太”,空間,真空指的都是具有物理性質(zhì)的物理實在,只不過名稱不同而已。從唯物主義觀點出發(fā),只要不承認(rèn)超距作用,既然有大量事實真空性質(zhì)的研究,以太的物質(zhì)性就不可否定。以太的不存在超距作用,不存在絕對空虛意義上的真空這些精神,至今依然具有旺盛的生命力。笛卡爾提出的“彌漫宇宙、無所不在”的物質(zhì)的真面目還有待最終揭開。我們期待,粒子物理學(xué)的兩大疑難解開之日,將是以太之謎的謎底揭開之時。,結(jié)束語,（一）對稱性破缺。目前的所有理論都是基于對稱性基礎(chǔ)上的,但是很多與對稱性有關(guān)的量子數(shù)是不守恒的； （二）夸克禁閉。所有的強(qiáng)子都是由夸克組成的,但是從未有單獨的夸克可以被人們所看到。,請說說以太研究中的未解之謎！,愛因斯坦提出的狹義相對論只不過是洛倫茲(Hendrik A.Lorentz)學(xué)說在真空狀態(tài)下的特例,戴在愛因斯坦頭上的桂冠就應(yīng)移到洛倫茲的頭上. 信息傳遞有快于光速的