光行差角

在1728年人們為探測恆星視差時偶然發現了恆星的光行差現象,後來測定光行差角與地球的公轉速度是相應的,這對於當時的日心說方興未艾的時代,人們認為以太相對太陽靜止是順理成章的。但是,隨著時間的推移這順理成章也是不如人意的,人們發現,太陽不過是在宇宙中運動的一顆極普通的恆星,以太為何恰好相對太陽靜止呢?然而,認為以太是靜止的仍占多數,洛侖茲是其中主要代表之一。也有人提出以太是運動的,如斯托克斯在1845年提出的地球拖動了以太,改變了光的波前,使地表附近的光場彎曲,因而有光行差現象(按他的構想應該是測不出以太風的),但洛侖茲寫文章批判了他。

簡介

在1728年人們為探測恆星視差時偶然發現了恆星的光行差現象,後來測定光行差角與地球的公轉速度是相應的,這對於當時的日心說方興未艾的時代,人們認為以太相對太陽靜止是順理成章的。但是,隨著時間的推移這順理成章也是不如人意的,人們發現,太陽不過是在宇宙中運動的一顆極普通的恆星,以太為何恰好相對太陽靜止呢?然而,認為以太是靜止的仍占多數,洛侖茲是其中主要代表之一。也有人提出以太是運動的,如斯托克斯在1845年提出的地球拖動了以太,改變了光的波前,使地表附近的光場彎曲,因而有光行差現象(按他的構想應該是測不出以太風的),但洛侖茲寫文章批判了他。以太風是否存在,這就要看邁-莫實驗的結果了。人們當時的構想是:在邁克耳遜干涉儀平行於地球運動方向的那個光迴路上,順以太傳播的那個單程光的速度是c+υ,設干涉儀的臂長為ι,則光走完這段路程所需時間應為,逆以太傳播的那個單程光的速度是c-υ所需時間應為(如船順水航行和逆水航行那樣——船為光速、水為以太);在垂直地球運動方向的那個光迴路的兩個單程光是斜向穿越以太而去,到達反光鏡後又斜向穿越以太而回(如船在江河中來回擺渡那樣),在靜止以太中光線的軌跡是∧形,光走完每個單程所需時間為,(設、b為船走完路程水流過的距離)兩相比較,光走完平行於地球運動方向的這個迴路與光走完垂直於地球運動方向的迴路所需的時間是不會相等的,即這兩個迴路的光會合到一塊是應當有干涉條紋的。下面模擬邁克耳遜-莫雷實驗的形式做個理想實驗(我們沒有精密的邁克耳遜干涉儀,作為證偽用這樣的理想設備足夠了,而且讀者更容易明確。):

假定地球在以太中的運動速度為每秒15萬公里

邁克耳遜干涉儀的A迴路垂直於地球運動方向,從半透明鏡到反光鏡的距離15萬公里

邁克耳遜干涉儀的B迴路平行於地球運動方向,從半透明鏡到反光鏡的距離15萬公里

光速每秒30萬公里

預期的結果

A迴路單程光的路程為16.77萬公里,每單程光與垂線的夾角為26°34′(即光行差角)。

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