陈建国 （jianguochen4@yahoo.com）　2007.06

⒉⒉ 迈克尔逊实验

迈克尔逊实验给出了同预期相反的结果。在分折这个结果时采用了满足相对论思想的计算图式。在图⒉1绘出了四种情况下相对于地球运动方向上的射电干涉仪的光路系统。地球以速度V沿箭头所指方向运动。同时假设以太不被地球大气圈所牵引。所描绘的连续光线，在从光源发出到达镜子的瞬间，分成两支光线。光线1经过半透明的镜子，而光线2是由它反射出来的。虚线表示镜子在与光线1和2相遇的瞬间所处的位置。

光线的方向通常没有严格的论证。在图⒉⒈a，光线1经过半透明的镜子后改变方向的角度是arctg(V/C)。它被迫改变方向却不知道是什么原因。由半透明的镜子反射的这束光在C^/点入射角不等于反射角。波的反射定律遭破坏的原因没有解释。在图⒉⒈b由光源发出的入射线与反射线2之间的夹角等于90°+arctg(V/C)，而由镜子A射出的入射线1和射向接受器的反射线之间的夹角等于90°。不知道因为什么原因，地球运动表现出对光线2的反射角有影响，并且总是不影响光线1的反射角。从镜子B反射出来的光线2在经过半透明镜子到达C^/，也莫明其妙地改变了自己的方向。类似的分析图式描绘在图⒉⒈c和⒉⒈d。

根据图⒉⒈a所描绘在光路系统，光程差： 〔38〕

射电干涉仪转过90°（图⒉⒈b）时光线的作用就变了。如果在前一种场合光路2超过光路1的光程差是Δl，那么现在的光程差是光路1大于光路2。总的光程差等于2Δl。依据〔38〕式，取C=299792458M/S，l=11M，获得的结果乘2，得到2Δl=2.173771×10^-7M。当射电干涉仪转过360°时干涉图应该改变2次。

按相对论的观点解释迈克尔逊实验的否定性结果时采用了如下的方式。对于处在地球上的观测者来说，光速在一切方向上总是一样大小的C，干涉仪的两臂没有改变自己的长度，时间也没有变慢。因此，在静止坐标系中旋转干涉仪干涉图没有变化。光线是像图⒉2那样行进的，与地球运动方向无关。从处在地球之外的观察者的观点看来，在太阳坐标系中光速在所有方向上也是等于C，地球上的时间流逝却变慢了，而干涉仪的双臂沿着地球运动方向上的长度收缩了。考虑到这样一些异乎寻常的现象，那地球外面的观测者也不应该发现光线1和光线2之间的光程差。

但是他看到了另外的图景。光线将按照图⒉3所描绘的方式传播。

我们将图⒉1和⒉3描绘的情况进行对比分折。在图⒉⒈a，从镜子A反射回来的光线1经过C^/点。由镜子B反射回来的光线2也经过C^/点，但更迟些。它的光程比光线1长。如果干涉仪双臂长CB由于运动而收缩到倍，那光程1和光程2应该是一样的。更留下了一个不协调：根据光路图⒉2，光线1和2通过射电干涉仪双臂的长度的时间t=l/C，而根据图⒉1，创立相对论解决这个问题时，假定在运动坐标系中时间会变慢。根据相对论，时间不是绝对的，它与坐标系的运动速度有关。对于我们讨论的情况，可以写成下式

由于时间变慢，光线1没有沿斜线前进（图⒉⒈a），而是严格垂直地射向镜子A（图⒉⒊a）。当它从镜子A反射后到达C点，光线2仅仅能到达C^/点。当光线1与半透明镜子在C^//相遇的时候光线2射到了C点，也就是说光程差将不存在。容易证明，考虑相对论效应，描绘在图⒉1和图⒉3的射电干涉仪的其它情况下，光程差也是不存在的。由于在光路图⒉3上的这些改进，克服了在光路图⒉1特有的哪些矛盾。光线自动地不改变自己的方向并符合从不运动镜面反射的规律。

与迈克尔逊同时代的人不了解波从运动镜面反射的定律，因此在分折迈克尔逊实验时，他们当然坚持采用波从不运动镜面反射的定律。在这种情况下，对应于不牵引以太的光路图将同图⒉3一样。从经典立场上分析了这些光路图

以后我们发现，在图⒉⒊a和图⒉⒊c不存在光程差，而在图⒉⒊b和⒉⒊d，光路1要长于光路2，Δl=2lV²/(C²-V²)。代进C、V和l的值，得Δl=2.173771×10^-7米。对于在图⒉3上的线路进行经典的研究，证实了相对论原理的错误。如果这些线路图用于分折迈克尔逊实验的结果，那末关于运动物体长度收缩和时间变慢的假设，就不能抵消光程差。因为如在图⒉⒊a和图⒉⒊c所描绘的射电干涉仪，光程差是没有的，而如果采用相对论的规则，光程1就大于光程2。（译者注：因为光程2顺运动方向发生“长度收缩”）按图⒉1所描绘的路线图计算，与波的反射和折射定律相抵触，因此，在此基础上不能做出是什么原因使迈克尔逊实验产生否定性结果的结论。

如果以太不被牵引，那末与波对运动镜面的反射规律相适应，在迈克尔逊射电干涉仪上光线的方向将如图⒉4所说明的那样。利用公式〔1〕-〔3〕，我们发现，在图⒉⒋a和图⒉⒋d的光线1及在图⒉⒋b和图⒉⒋c的光线2在从半透明镜子反射出来时，光线的角度是45.10805551°，而在图⒉⒋a和图⒉⒋d的光线2及在图⒉⒋b和图⒉⒋c的光线1，——此角度是44.99194672°。根据光波在不运动镜面的反射规律，当射电干涉仪处在a)和c)的位置时，没有光程差，而处于b)和d)的位置时，有光程差（图⒉3）。根据同样的光波从运动镜面反射的规律，却取得了相互矛盾的结果。当射电干涉仪处在a)位置时光程差等于2.1738×10^-7米，在c)位置时是2.1773×10^-7米，而在b)和d)的位置时没有光程差。因此迈克尔逊所期待的效应，根据精确的计算和根据有错误的线路图（图⒉4和⒉1）计算，都是要落空的。

在迈克尔逊实验中，发生变化的是次生波列的光学效应。这个实验很费钱而且很难完成。证明地球牵引抑或不牵引以太可以借助于根据原生波的光学效应设计的实验，这种实验效应显著方法较简单。如果把光源S和屏幕A固定在一个长的刚性的金属架上，（图⒉5）并且金属架安装在垂直于地球运动方向上，那么在地球不牵引以太的场合，光线应该偏离金属架的轴距离δ。在金属架转动180°角时，光线应该移动距离2δ。如果金属架的长度L=11M，地球表面转速V=29800M/S，那么2δ=2.2mm。这样的位移容易观察到。

本书作者们进行过类似的实验，但在旋转装置时没发现光线有任何位移，因此迈克尔逊实验结果是可信的：地球牵引着以太。为了排除在自身质量作用下金属架发生的弯曲，它们被垂直悬吊在丝上；而为了减少金属架的长度，光线多次从镜面反射，在金属架的上、下两部分之间传播。

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