迈克尔逊-莫雷实验证明了什么（探究光速：迈克尔逊-莫雷实验的意义）

探究光速：迈克尔逊-莫雷实验的意义

19世纪末期，科学家们对光的性质产生了极大的兴趣。迈克尔逊-莫雷实验通过测量光速的变化，证明了以太说的错误，并帮助建立了狭义相对论。下面我们将深入探究这项实验的意义。

实验背景

1877年，苏格兰物理学家詹姆斯-克拉克-麦克斯韦提出了电磁场理论，他认为所有电磁波都是由振荡的电和磁场产生的。这一观点在当时备受争议，很多科学家认为它必须与以太协调一致，因为以太被看作是一种物质，能够传输电磁波。

迈克尔逊和莫雷于1887年设计了一种实验来测量以太是否存在，他们充分利用了两条光路的差异。光线从光源PA发出，通过分束器进入两个互相垂直的光路。光路到达两个镜面MB、MC，然后反射回分束器再达到检测器D，如下图所示：

如果以太存在且具有完全静态的特性，那么光速的值应该和这两个相邻的恒星的运动方向有关系，并且会对迈克尔逊和莫雷的光路实验产生影响，而且会导致两条光路中恒星的光速不同。凭借这个理论，他们预计会发现一个小的干涉带位移，以太必须通过空间中存在的每个点来传播，所以光在前半个旅程中会被减速，并在后半个旅程中被加速，导致两个光束的时间不同。实验中观察干涉条纹的位置，可以测量光在两个垂直路径中的速度。

实验结果

即使使用了当时最好的光学设备，实验结果表明，两个光路得到的速度相同，几乎没有干涉条纹的移动。这个结果非常惊人，因为它意味着以太是不存在的。如果以太存在，那么光束应该相对于设备运动，从而导致一个位移，但是实验结果并未发现这种情况。这个实验为19世纪末的物理学家带来了巨大的震动。最初，这个结果被视为一个谜团。

直到1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论。在该理论中，光速是宇宙中唯一不变的物理量，不受光源或观察者运动状态的影响。这就意味着光速是无论以哪种方式测量都保持不变的，并且不存在任何相对物体的运动或可测量的以太。