最后更新：2024年9月2日

迈克尔逊-莫雷实验

理论背景

正是在19世纪，随着托马斯·杨（1773-1829）、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（1831-1879）和海因里希·赫兹（1857-1894）的研究，波动理论成为描述光的主要模型。到19世纪末，光被理解为一种电磁波，并且人们普遍认为，像任何波一样，它需要介质才能传播。这种假想的介质被称为"发光以太"或简称"以太"。以太被认为是静止且无处不在的，从而使光波能够在空间中传播。科学家们相信，地球穿过以太运动，而这种运动应根据光相对于以太的传播方向影响其速度。

实验目的

阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊（1852-1931）和爱德华·莫雷（1838-1923）的目标是测量光速随地球相对于以太运动方向的变化。如果以太存在，根据多普勒效应，光速会因实验方向相对于地球在以太中运动的方向不同而发生变化。

多普勒效应是一种物理现象，当波源（如声波、光波等）与观察者发生相对运动时产生。它会导致观察者感知到的波频率出现明显变化，这种变化取决于波源与观察者之间的相对运动方向。

实验描述

为验证这一假说，迈克尔逊设计了一种名为干涉仪的装置。该装置基于经典速度叠加定律，展示了光在其假设介质中的传播速度。仪器将一束光分成两束沿垂直方向传播的光束。这两束光经镜面反射后重新合并，预期会因速度差异而产生干涉条纹。

基本原理如下：如果以约30公里/秒速度相对太阳运动的地球在以太中穿行，那么沿地球运动方向传播的光束与垂直方向传播的光束通过相同距离所需的时间将不同。这种时间差会导致仪器旋转90度时干涉条纹发生偏移。换言之，由于地球在以太中的运动，光速应随传播方向的不同而改变。这一由光的波动理论预言的效应，应在迈克尔逊干涉仪中引发光线相位差，进而导致干涉条纹位移。若以太存在，它应像"风"一样减缓与地球同向运动的光速，这种减速应在干涉仪中产生可观测的偏移。