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“以太漂移”的探索 摘 要 本文系统的介绍物理学中“以太漂移”的探索过程，探讨以太的性质，分析以太的存在与否，并指出在现代物理学中真空在本质上是一种以太。 关键词：以太，以太漂移，实验，假说 如果说，电子和电磁质量的发现，从电的方面为现代物理学开辟了道路，那么，“以太漂移”的探索则从光的方面打开了另一个缺口，促使现代物理学革命爆发。 1、以太说的起源 1.1 在物理学思想的发展中，“以太”是作为一种特殊物质被引进物理学的。 1.2 笛卡尔1644年发表的《哲学原理》 中也引用了以太的观念 他认为由于太阳周围以太出现漩涡，才造成行星围绕太阳的运动。 1.3 1678年惠更斯把光振动类比于声振动，看成是以太中的弹性脉冲，以太又充当了光波的载体。 1.4 1800 年以后，由于波动说成功地解释了干涉、衍射和偏振等现象，以太学说重新抬头 在波动说的支持者看来光既然是一种波，就一定要有载体存在。 1.5而麦克斯韦则设想用以太的力学运动对电磁现象作出解释.他所提出的光的电磁理论，又把产生电磁现象的媒介和光以太统一起来。在电磁波以光速传播的预言被证实后，以太的存在便在物理学界获得了广泛的承认。 2、以太绝对参考系 对于电磁现象的研究，可以定义一个最优惯性系，即相对于以太静止的参照系，这实际上就是牛顿的“绝对空间”，而且利用在静止以太中以太恒定速度传播的光信号，又可以确定出在宇宙中一切地点都同步的“绝对时间”这样，充满整个宇宙的绝对静止的以太，就成了牛顿绝对时空的物质框架 3、“以太漂移“的探索 3.1 光行差得观测 1725---1728年，英国天文学家詹姆斯·布拉德雷（Bradley·James），发现星光的光行差并用它测定光速。他测出的光速是308,300公里每秒，很接近现代数值299,792公里每秒。这一数值公布于1729年，它证实了奥利·罗默1679年公布用另一种方法所测光速的正确。 3.2 阿拉果的望远镜实验 法国著名的物理学家阿拉果从牛顿力学速度叠加原理出发，认为如果发光体和观测者的运动速度不同,光速应有差别，于是他亲自做了一个实验 ：在望远镜外用消色差棱镜加于望远镜视场的半边，然后用望远镜观测光行差。但是实际观测结果却是经过棱镜和不经过棱镜的两边，光行差完全一样。这个实验正说明经典的速度叠加原理不适用于光的传播。 但是阿拉果和布拉德雷一样，都是光微粒说的信仰者，只能在微粒说的前提下做个勉强的假设。他假设星体以无数种速度发射光的微粒，只是因为人眼对光有选择性，只能接受某一特定速度的光微粒，所以看不出差别。 3.3菲涅耳提出部分曳引假说 假说一：在透明物体中，以太可以部分地被这一物体拖曳。 假说二：假设透明物体的折射率决定以太的密度。 假说三：假设这些密度与折射率的平方成正比。 假说四：真空中的以太是绝对静止的，透明物体运动时，物体只能带动多于真空的那一部分以太。 他的假说既解释了光行差现象，又解释了阿拉果的实验。 1845年，英国的物理学家斯托克斯提出粘性流体运动理论，次年，他把这一理论用于以太漂移运动，认为在物体表面，以太会被运动物体完全拖曳。他假设在运动物体表面附近有一速度逐渐减慢的区域，形成梯度，离开一定的距离，以太才完全静止。他的出得结论与菲涅尔一致，同样可以解释阿拉果的实验。 斯托克斯的完全曳引假说看起来比菲涅尔的部分曳引假说更合理些，但是由于不久就有斐索的流水实验支持了菲涅尔，所以斯托克斯的假说没有受到重视。 3.4 斐索的流水实验 1859年，斐索做了一个流水实验，实验的目的是为了考察介质的运动对在其中传播的光速有何影响，从而判断以太是否被拖曳。 实验装置如下图所示，光束由光源发出后，经过半透镜后分为两束，一束光与水流方向一致，另一束光则与水流方向相反，两束光在观察者处产生干涉条纹。证明了菲涅尔公式。 1868年霍克用更为严密的以太漂移实验，进一步证实了菲涅尔的部分曳引假说，从而使这一假说成了以太理论的重要支柱。 3.5迈克尔孙干涉仪实验 迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折射率的测量。 迈克耳孙和爱德华·威廉姆斯·莫雷使用这种干涉仪于1887年进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验，结果证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的。由此确定了光速不变原理，与狭义相对论基本原理吻合，证实了以太的不存在。 3.6洛奇的转盘实验 迈克耳孙-莫雷实验对菲涅尔部分拖曳假说是一个致命的打击。迈克尔孙和莫雷倾向于斯托克斯的完全曳引假说，但是从斯托克斯的完全曳引假说出发，必然会引出一个结论，即在运动物体表面有一速度梯度的区域，如果靠的很近，总可以察觉