_近代物理学中重大发现的再探索_连载5_寻找以太

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1、第29卷第10期大学物理V01．29N0．1O2010年1O月COLLEGEPHYSICS0ct．201O《近代物理学中重大发现的再探索》连载⑤——寻找以太倪致祥(阜阳师范学院物理与电子科学学院，安徽阜阳236041)摘要：介绍了以太漂移问题出现的背景，以再探索的方式展现了人们通过物理实验寻找以太的过程，以及对实验零结果的物理解释．关键词：以太；漂移；零结果中图分类号：04-09；0412．1文献标识码：A文章编号：1000—0712(2010)10—0059—05r=cos+ysinl问题的背景变换关系为JY=一xsin~+ycos(3)牛顿力学

2、是在开普勒行星运动定律和伽利略自【z，=2．由落体定律基础上建立起来的．开普勒行星运动定方程(2)变为V—。。=0(4)律以太阳为参考系，伽利略自由落体定律以地面为D参考系，两者之间具有相对运动，怎么能统一成牛顿这说明上述方程具有空间各向同性．因此，可以将问力学呢?原因是它们满足伽利略所发现的相对论原题简化为沿着轴方向的一维运动，式(2)成为理，即“一切惯性系在力学上是完全等价的”．用数一：0(5)Ox‘C‘Ot‘学语言来表述，就是力学规律的形式在伽利略变换叫其中c=l／√。8。．式(5)的通解为=，(X-ct)+g(㈩+Ct)，其中，(X-ct)

3、表示一个以速度c沿着正向传下保持不变，其中，，t和，，f分别为物体在惯性系s播的波，g(x+ct)表示沿着负向传播的波．和S中的位置矢量和时间，lf为S系相对于S系的人们早就知道声波不是独立的物质存在，而是运动速度．研究证明，牛顿运动定律满足伽利略的相介质振动的传播．按照类比，当时普遍认为光也是在对论原理，这表明不可能通过力学实验来判断一个某种介质中传播的，这种介质称为“光以太”，它参考系是否运动，即绝对运动是不存在的．充满整个虚空．与发射粒子的情况不同，物体所发出可见光是人类最重要的信息来源，离开了可见的声波速度完全由介质决定，与发射物的运动状况

4、光，人就是瞎子．1865年，麦克斯韦所发展的电磁场无关．人们对双星系统运动的观察表明，光波的速度理论表明光是一种电磁波⋯，对应的标势西(或者矢也完全由介质决定．根据式(5)，光在以太中的传势A)满足自由空问中的波动方程播速度为c．光的速度到底有多大?这是物理学家一直非常oBo=0(2)关心的问题．伽利略最先进行了光速测量实验，但是其中。是真空磁导率，s是真空介电常量．显然，方没有取得成功；1728年英国天文学家布拉德雷根据程(2)与特定方向无关，在空间转动变换下方程(2)恒星的光行差推算出光速为c=3，1×10。m／s；1849的形式保持不变．例如

5、，绕z轴转动角度后，所得年法国物理学家斐索用旋转齿轮法率先在地面上测新坐标系s(，Y，)与原坐标系s(，Y，z)之间的量出光速为c：3．153X10m／s，1862年傅科用旋转收稿日期：2010-06—07基金项目：安徽省教学改革示范专业和教育部高等学校特色专业建设点项目资助作者简介：倪致祥(1955一)，男，上海市人，阜阳师范学院物理与电子科学学院教授，主要研究方向为理论物理大学物理第29卷镜法测量出空气中的光速为2．98X10m／s，1883年同理，光束从曰到传播所需的时间t满足美国物理学家迈克耳孙利用改进的傅科方法，测出条件c=2．99853

6、×10m／s，精度达到2X10～．实验测量与(et)=L+(ut)一2LutCOS0(5)理论结果c=1／J／~o6o高度吻合，支持了麦克斯韦的由(4)、(5)两式，不难推出电磁场理论⋯．f一f=2Mc。so／(c一M。)r6、然而，我们没有任何理由认为地球在以太中是It，t：L／(c一M)静止的．假设地球相对以太以速度u沿着轴的正由此可见，只要分别测量出光在A和之间的向运动，即lf=ui，按照伽利略变换式(1)，以地球为传播时间t和t，就可以算出地球相对以太的速率参考系时，波动方程(2)成为和方向角0，从而确定以太．上述理论分析完全正确，然而能否

7、实现还要进(一等)+一雾=0㈤行可行性分析．按照当时的实验条件，只能测量(在这说明电磁场理论不是在任何参照系中都正确，以保证一定精度的条件下)出光在A与B之间来回的太是一个特殊的参考系．双程时间￡+t，而不能分别测量t和t．如何利用现有的实验水平来设计实验，寻找到以太，还需要进行2寻找以太深入分析．对物理学家来说，找到一个特殊的参考系，就相利用式(6)，可以得到当于找到了宇宙的中心，可以定义“绝对”的运动，(t+t)=4L(c一u2sin0)／(c一M)(7)其意义是极其重大的．直到1879年去世之前，麦克由此解出双程时间斯韦都非常关心能否确定地球

8、绝对运动的问题．tt+t=2L~／c。一“。sin／(c。一u)(8)然而，以太看不见摸不着，不能直接测量，如何然而，测量