第550節
“我的想法是這樣的?!?/br> “我們可以在兩條光束的盡頭各放置一面反光鏡,如此一來,就像當初羅峰先生測定光速那樣,兩道光碰到反光鏡后會發生反射,按照來時的方向返回分光鏡?!?/br> “接著再在垂直光路的另一側……也就是黑板的下方再放置一塊觀測屏?!?/br> “那么光束1便會先經反光鏡m1反射、再經分光鏡投射到觀測屏?!?/br> “光束2同理,經反光鏡m2反射再經分光鏡投射到觀測屏,與光束1形成干涉……” 小麥的思路顯然要比休伯特·艾里完整許多,從動筆書寫開始,他握著的粉筆便沒有停下來過。 臺下無論是大一、大四還是研一研三,所有人都聚精會神的看著小麥的演示。 噠噠噠—— 整個活動室內一片寂靜,只有粉筆與黑板的接觸聲與小麥的解釋聲,連徐云都退到了一旁: “……接著我們再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,使得已經形成的干涉條紋產生移動?!?/br> “當整個儀器緩慢轉動時連續讀數,如果我們的設備精度很高,那么測出條紋移動應該是很容易的事情……” “……干涉條紋如果發生了移動,從實驗中測出條紋移動的距離,就可以求出地球相對以太的運動速度,從而證實以太的存在?!?/br> 早先提及過。 現場的社員們除了布魯赫這種個例之外,大多數都是自然科學的愛好者。 雖然他們掌握的知識純度與深度無法和后世的同齡人相比,但基礎的理科素養還是具備的。 因此隨著小麥的板書逐漸填滿黑板,臺下也陸續有社員臉上露出了恍然的表情。 甚至還有不少人拿出筆記,一邊記錄下方案,一邊帶入數值計算了起來。 沒錯。 想必有些不丟臉同學也已經看出來了。 徐云這次引導格物社設計的實驗,正是20世紀物理學大名鼎鼎的兩大烏云之一…… 邁克爾遜-莫雷實驗! 這是1887年邁克爾遜和莫雷在老鷹那邊做出來的一個著名實驗,它的思路其實很簡單,也就是徐云此前說過的那番話: 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,應該大于在與運動垂直方向測量的光速。 于是呢。 邁克爾遜和莫雷他們就搞出了這么個實驗設備。 這個實驗使用到的儀器并不復雜,從俯視圖來看,總共分成四個模塊: 光源位于俯視圖的最左邊,光路從左往右發射——在實際cao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,在光學玻璃表面鍍上一層或多層薄膜。 當一束光投射到鍍膜玻璃上后,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。 隨后在光束1和光束2的末端再放置兩塊反光鏡,光線抵達后便會原路返回。 早先說過。 地球公轉的時候會有迎面吹來的‘以太風’,這個速度是30公里每秒。 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。 那么過去和回來的速度就分別是c-v和c+v,相當于逆風和順豐。 二者往返的時間則是: d/(c-v)+d/(c+v)。 而光束2由于和地球運轉方向垂直,所以無論來還是回都會遇到以太風。 那么時間便是固定的: 2d/√(c^2-v^2)。 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/√(c^2-v^2))。 有光程差,它們就一定會產生干涉條紋。 接著只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,使得已經形成的干涉條紋產生移動。 這個改變的量也很好計算,高中物理就學過,是△l=2dv^2/c^2。 如此一來。 移動條紋數就是△l/λ。 邁克爾遜當時設計的干涉儀光臂長度為12米,最終理論上應該移動的條紋是0.37。 至于結果嘛…… 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,又被稱作小泊松實驗…… 看到泊松二字,想必大家也都猜到了最終結果。 沒錯。 條紋別說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,也是后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丑角。 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里的骷髏王袁術,基本上提到此人便離不開一句冢中枯骨…… 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-莫雷實驗結果公布后,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“地球表面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。 這位開爾文勛爵死活不相信這個結果,就和得知了關羽已死的劉備一樣,嘴里頭嚷嚷著‘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、不同時間重復了不知道多少次邁克爾遜-莫雷實驗。 并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。 干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后,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。 后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,例如什么少走了五分之一光路啊,沒設立相對原點啊云云——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,我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只有一句話,那就是老愛提出的光速不變確實還只是假說而非原理。 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。 至少在徐云看來。 一個假說在被普遍接受之后,在應用它的時候,其實就和原理沒啥區別了。 很多場合下,摳字眼是一種很無趣的行為。 就像純凈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凈水,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,徐云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,但要想通干涉條紋變化的環節卻絕非易事。 只能說這段時間在徐云和高斯的調教下,小麥的成長速度達到了一個極其恐怖的程度。