阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜 - 個人簡介

邁克爾遜1852 年12月19日出生于普魯士斯特雷諾，一個猶太商人的兒子。童年隨父母隨居美國，他的成長大致上經(jīng)歷了加利福尼亞的礦業(yè)小鎮(zhèn)Murphy、內(nèi)華達(dá)州的弗吉尼亞城。受舊金山男子中學(xué)校長的引導(dǎo)，邁克爾遜對科學(xué)特別是光學(xué)和聲學(xué)發(fā)生了興趣，早先就著迷于科學(xué)特別是光速的測量問題，并展示了自己的實驗才能。1869年被選拔到美國安納波利斯海軍學(xué)院學(xué)習(xí)。畢業(yè)后曾任該校物理和化學(xué)講師。1880～1882年被批準(zhǔn)到歐洲攻讀研究生，先后到柏林大學(xué)、海德堡大學(xué)、法蘭西學(xué)院學(xué)習(xí)。1883年任俄亥俄州克利夫蘭市開斯應(yīng)用科學(xué)學(xué)院物理學(xué)教授。1887年，他和愛德華·莫雷共同進(jìn)行了著名的邁克耳遜－莫雷實驗，這個試驗排除了以太的存在。后來，他又轉(zhuǎn)向利用天文光學(xué)干涉測量法測量恒星的直徑和雙星分光片的測量。1889年成為麻省伍斯特的克拉克大學(xué)的物理學(xué)教授，在這里著手進(jìn)行計量學(xué)的一項宏偉計劃。1892年改任芝加哥大學(xué)物理學(xué)教授，后任該校第一任物理系主任，在這里他培養(yǎng)了對天文光譜學(xué)的興趣。1910～1911年擔(dān)任美國科學(xué)促進(jìn)會主席。1923～1927年擔(dān)任美國科學(xué)院院長。1931年5月9日因腦溢血于加利福尼亞州的帕薩迪納逝世，終年79歲。

阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜 - 輝煌人生

邁克爾遜的名字是和邁克爾遜干涉儀及邁克爾遜－莫雷實驗聯(lián)系在一起的，實際上這也是邁克爾遜一生中最重要的貢獻(xiàn)。在邁克爾遜的時代，人們認(rèn)為光和一切電磁波必須借助絕對靜止的“以太”進(jìn)行傳播，而“以太”是否存在以及是否具有靜止的特性，在當(dāng)時還是一個謎。有人試圖測量地球?qū)�靜止“以太”的運動所引起的“以太風(fēng)”，來證明以太的存在和具有靜止的特性，但由于儀器精度所限，遇到了困難。麥克斯韋曾于1879年寫信給美國航海年歷局的D.P.托德，建議用羅默的天文學(xué)方法研究這一問題。邁克爾遜知道這一情況后，決心設(shè)計出一種靈敏度提高到億分之一的方法，測出與有關(guān)的效應(yīng)。
1881年他在柏林大學(xué)亥姆霍茲實驗室工作，為此他發(fā)明了高精度的邁克爾遜干涉儀，進(jìn)行了著名的以太漂移實驗。他 認(rèn)為若地球繞太陽公轉(zhuǎn)相對于以太運動時，其平行于地球運動方向和垂直地球運動方向上，光通過相等距離所需時間不同，因此在儀器轉(zhuǎn)動90°時，前后兩次所產(chǎn)生的干涉必有0.04條條紋移動。邁克爾遜用最初建造的干涉儀進(jìn)行實驗，這臺儀器的光學(xué)部分用蠟封在平臺上，調(diào)節(jié)很不方便，測量一個數(shù)據(jù)往往要好幾小時。實驗得出了否定結(jié)果。

1884年在訪美的瑞利、開爾文等的鼓勵下，他和化學(xué)家莫雷（Morley,Edward Williams，1838～1923）合作，提高干涉儀的靈敏度，得到的結(jié)果仍然是否定的。1887年他們繼續(xù)改進(jìn)儀器，光路增加到11米，花了整整5天時間，仔細(xì)地觀察地球沿軌道與靜止以太之間的相對運動，結(jié)果仍然是否定的。這一實驗引起科學(xué)家的震驚和關(guān)注，與熱輻射中的“紫外災(zāi)難”并稱為“科學(xué)史上的兩朵烏云”。隨后有10多人前后重復(fù)這一實驗，歷時50年之久。對它的進(jìn)一步研究，導(dǎo)致了物理學(xué)的新發(fā)展。邁克爾遜的另一項重要貢獻(xiàn)是對光速的測定。早在海軍學(xué) 院工作時，由于航海的實際需要，他對光速的測定開始感興趣.

1879年開始光速的測定工作。他是繼菲佐、傅科、科紐之后，第四個在地面測定光速的。他得到了岳父的贈款和政府的資助，使他能夠有條件改進(jìn)實驗裝置。他用正八角鋼質(zhì)棱鏡代替傅科實驗中的旋轉(zhuǎn)鏡，由此使光路延長600米。返回光的位移達(dá)133毫米，提高了精度，改進(jìn)了傅科的方法。他多次并持續(xù)進(jìn)行光速的測定工作，其中最精確的測定值是在1924～1926年，在南加利福尼亞山間22英里長的光路上進(jìn)行的，其值為（299796±4）km／s。邁克爾遜從不滿足已達(dá)到的精度，總是不斷改進(jìn)，反復(fù)實驗，孜孜不倦，精益求精，整整花了半個世紀(jì)的時間，最后在一次精心設(shè)計的光速測定過程中，不幸因中風(fēng)而去世，后來由他的同事發(fā)表了這次測量結(jié)果。他確實是用畢生的精力獻(xiàn)身于光速的測定工作。邁克爾遜在基本度量方面也作出了貢獻(xiàn)。

1893年，他用自己設(shè)計的干涉儀測定了紅鎘線的波長，實驗說明當(dāng)溫度為15℃氣壓在760毫米汞柱產(chǎn)生的壓強時，紅鎘線在干燥空氣中的波長為6438.4696埃，于是，他提出用此波長為標(biāo)準(zhǔn)長度，來核準(zhǔn)基準(zhǔn)米尺，用這一方法訂出的基準(zhǔn)長度經(jīng)久不變。因此它被世界所公認(rèn)，一直沿用到1960年。

1920年邁克爾遜和天文學(xué)家F.G.皮斯合作，把一臺20英尺的干涉儀放在100英寸反射望遠(yuǎn)鏡后面，構(gòu)成了恒星干涉儀，用它測量了恒星參宿四（即獵戶座一等變光星）的直徑，它的直徑相當(dāng)大，線直徑為2.50×108英里，約為太陽直徑的300倍。此方法后被用來測定其他恒星的直徑。邁克爾遜的第一個重要貢獻(xiàn)是發(fā)明了邁克爾遜干涉儀，并用它完成了著名的邁克爾遜 -莫雷實驗。按照經(jīng)典物理學(xué)理論，光乃至一切電磁波必須借助靜止的以太來傳播。地球的公轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對于以太的運動，因而在地球上兩個垂直的方向上，光通過同一距離的時間應(yīng)當(dāng)不同，這一差異在邁克爾遜干涉儀上應(yīng)產(chǎn)生0.04個干涉條紋移動。1881年，邁克耳孫在實驗中未觀察到這種條紋移動。1887年，邁克爾遜和著名化 學(xué)家莫雷合作，改進(jìn)了實驗裝置，使精度達(dá)到2.5′10-10，但仍未發(fā)現(xiàn)條紋有任何移動。這次實驗的結(jié)果暴露了以太理論的缺陷，動搖了經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)，為狹義相對論的建立鋪平了道路。邁克爾遜是第一個倡導(dǎo)用光波的波長作為長度基準(zhǔn)的科學(xué)家。1892年邁克爾遜利用特制的干涉儀，以法國的米原器為標(biāo)準(zhǔn)，在溫度15攝氏度、壓力760毫米汞柱的條件下，測定了鎘紅線波長是6438.4696埃，于是，1米等于1553164倍鎘紅線波長。這是人類首次獲得了一種永遠(yuǎn)不變且毀壞不了的長度基準(zhǔn)。在光譜學(xué)方面，邁克爾遜發(fā)現(xiàn)了氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及水銀和鉈光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，這一發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)代原子理論中起了重大作用。邁克爾遜還運用自己發(fā)明的“可見度曲線法”對譜線形狀與壓力的關(guān)系、譜線展寬與分子自身運動的關(guān)系作了詳細(xì)研究，其成果對現(xiàn)代分子物理學(xué)、原子光譜和激光光譜學(xué)等新興學(xué)科都發(fā)生了重大影響。

1898年，他發(fā)明了一種階梯光柵來研究塞曼效應(yīng)，其分辨本領(lǐng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的衍射光柵。邁克爾遜是一位出色的實驗物理學(xué)家，他所完成的實驗都以設(shè)計精巧、精確度高而聞名，愛因斯坦曾贊譽他為“科學(xué)中的藝術(shù)家”。

阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜 - 生平成就

邁克爾遜的第一個重要貢獻(xiàn)是發(fā)明了邁克爾遜干涉儀，并用它完成了著名的邁克爾遜 -莫雷實驗。按照經(jīng)典物理學(xué)理論，光乃至一切電磁波必須借助靜止的以太來傳播。地球的公轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對于以太的運動，因而在地球上兩個垂直的方向上，光通過同一距離的時間應(yīng)當(dāng)不同，這一差異在邁克爾遜干涉儀上應(yīng)產(chǎn)生0.04個干涉條紋移動。1881年，邁克耳孫在實驗中未觀察到這種條紋移動。1887年，邁克爾遜和著名化學(xué)家莫雷合作，改進(jìn)了實驗裝置，使精度達(dá)到2.5′10-10，但仍未發(fā)現(xiàn)條紋有任何移動。這次實驗的結(jié)果暴露了以太理論的缺陷，動搖了經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)，為狹義相對論的建立鋪平了道路。邁克爾遜是第一個倡導(dǎo)用光波的波長作為長度基準(zhǔn)的科學(xué)家。1892年邁克爾遜利用特制的干涉儀，以法國的米原器為標(biāo)準(zhǔn)，在溫度15攝氏度、壓力760毫米汞柱的條件下，測定了鎘紅線波長是6438.4696埃，于是，1米等于1553164倍鎘紅線波長。這是人類首次獲得了一種永遠(yuǎn)不變且毀壞不了的長度基準(zhǔn)。在光譜學(xué)方面，邁克爾遜發(fā)現(xiàn)了氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及水銀和鉈光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，這一發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)代原子理論中起了重大作用。邁克爾遜還運用自己發(fā)明的“可見度曲線法”對譜線形狀與壓力的關(guān)系、譜線展寬與分子自身運動的關(guān)系作了詳細(xì)研究，其成果對現(xiàn)代分子物理學(xué)、原子光譜和激光光譜學(xué)等新興學(xué)科都發(fā)生了重大影響。1898年，他發(fā)明了一種階梯光柵來研究塞曼效應(yīng)，其分辨本領(lǐng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的衍射光柵。

阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜 - 邁克爾遜干涉儀

邁克爾遜干涉儀是1883年美國物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計制造出來的精密光學(xué)儀器。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉。通過調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。主要用于長度和折射率的測量，若觀察到干涉條紋移動一條，便是M2的動臂移動量為λ/2，等效于M1與M2之間的空氣膜厚度改變λ/2。在近代物理和近代計量技術(shù)中，如在光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究和用光波標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)米尺等實驗中都有著重要的應(yīng)用。利用該儀器的原理，研制出多種專用干涉儀。干涉條紋是等光程差點的軌跡，因此，要分析某種干涉產(chǎn)生的圖樣，必求出相干光的光程差位置分布的函數(shù)。若干涉條紋發(fā)生移動，一定是場點對應(yīng)的光程差發(fā)生了變化，引起光程差變化的原因，可能是光線長度L發(fā)生變化，或是光路中某段介質(zhì)的折射率n發(fā)生了變化，或是薄膜的厚度e發(fā)生了變化。

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