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)華達州的弗吉尼亞城。受舊金山男子中學校長的引導，邁克爾遜對科學特別是光學和聲學發(fā)生了興趣，早先就著迷于科學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院學習。畢業(yè)后曾任該校物理和化學講師。1880～1882年被批準到歐洲攻讀研究生，先后到柏林大學、海德堡大學、法蘭西學院學習。1883年任俄亥俄州克利夫蘭市開斯應用科學學院物理學教授。1887年，他和愛德華·莫雷共同進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，他又轉向利用天文光學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的物理學教授，在這里著手進行計量學的一項宏偉計劃。1892年改任芝加哥大學物理學教授，后任該校第一任物理系主任，在這里他培養(yǎng)了對天文光譜學的興趣。1910～1911年擔任美國科學促進會主席。1923～1927年擔任美國科學院院長。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。在邁克爾遜的時代，人們認為光和一切電磁波必須借助絕對靜止的“以太”進行傳播，而“以太”是否存在以及是否具有靜止的特性，在當時還是一個謎。有人試圖測量地球對靜止“以太”的運動所引起的“以太風”，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方法研究這一問題。邁克爾遜知道這一情況后，決心設計出一種靈敏度提高到億分之一的方法，測出與有關的效應。
1881年他在柏林大學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，進行了著名的以太漂移實驗。他 認為若地球繞太陽公轉相對于以太運動時，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行實驗，這臺儀器的光學部分用蠟封在平臺上，調節(jié)很不方便，測量一個數(shù)據(jù)往往要好幾小時。實驗得出了否定結果。

1884年在訪美的瑞利、開爾文等的鼓勵下，他和化學家莫雷（Morley,Edward Williams，1838～1923）合作，提高干涉儀的靈敏度，得到的結果仍然是否定的。1887年他們繼續(xù)改進儀器，光路增加到11米，花了整整5天時間，仔細地觀察地球沿軌道與靜止以太之間的相對運動，結果仍然是否定的。這一實驗引起科學家的震驚和關注，與熱輻射中的“紫外災難”并稱為“科學史上的兩朵烏云”。隨后有10多人前后重復這一實驗，歷時50年之久。對它的進一步研究，導致了物理學的新發(fā)展。邁克爾遜的另一項重要貢獻是對光速的測定。早在海軍學 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實驗裝置。他用正八角鋼質棱鏡代替傅科實驗中的旋轉鏡，由此使光路延長600米。返回光的位移達133毫米，提高了精度，改進了傅科的方法。他多次并持續(xù)進行光速的測定工作，其中最精確的測定值是在1924～1926年，在南加利福尼亞山間22英里長的光路上進行的，其值為（299796±4）km／s。邁克爾遜從不滿足已達到的精度，總是不斷改進，反復實驗，孜孜不倦，精益求精，整整花了半個世紀的時間，最后在一次精心設計的光速測定過程中，不幸因中風而去世，后來由他的同事發(fā)表了這次測量結果。他確實是用畢生的精力獻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。

1893年，他用自己設計的干涉儀測定了紅鎘線的波長，實驗說明當溫度為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準長度，來核準基準米尺，用這一方法訂出的基準長度經(jīng)久不變。因此它被世界所公認，一直沿用到1960年。

1920年邁克爾遜和天文學家F.G.皮斯合作，把一臺20英尺的干涉儀放在100英寸反射望遠鏡后面，構成了恒星干涉儀，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當不同，這一差異在邁克爾遜干涉儀上應產(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 學家莫雷合作，改進了實驗裝置，使精度達到2.5′10-10，但仍未發(fā)現(xiàn)條紋有任何移動。這次實驗的結果暴露了以太理論的缺陷，動搖了經(jīng)典物理學的基礎，為狹義相對論的建立鋪平了道路。邁克爾遜是第一個倡導用光波的波長作為長度基準的科學家。1892年邁克爾遜利用特制的干涉儀，以法國的米原器為標準，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不變且毀壞不了的長度基準。在光譜學方面，邁克爾遜發(fā)現(xiàn)了氫光譜的精細結構以及水銀和鉈光譜的超精細結構，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系、譜線展寬與分子自身運動的關系作了詳細研究，其成果對現(xiàn)代分子物理學、原子光譜和激光光譜學等新興學科都發(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，其分辨本領遠遠高于普通的衍射光柵。邁克爾遜是一位出色的實驗物理學家，他所完成的實驗都以設計精巧、精確度高而聞名，愛因斯坦曾贊譽他為“科學中的藝術家”。

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當不同，這一差異在邁克爾遜干涉儀上應產(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家莫雷合作，改進了實驗裝置，使精度達到2.5′10-10，但仍未發(fā)現(xiàn)條紋有任何移動。這次實驗的結果暴露了以太理論的缺陷，動搖了經(jīng)典物理學的基礎，為狹義相對論的建立鋪平了道路。邁克爾遜是第一個倡導用光波的波長作為長度基準的科學家。1892年邁克爾遜利用特制的干涉儀，以法國的米原器為標準，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不變且毀壞不了的長度基準。在光譜學方面，邁克爾遜發(fā)現(xiàn)了氫光譜的精細結構以及水銀和鉈光譜的超精細結構，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系、譜線展寬與分子自身運動的關系作了詳細研究，其成果對現(xiàn)代分子物理學、原子光譜和激光光譜學等新興學科都發(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，其分辨本領遠遠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年美國物理學家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設計制造出來的精密光學儀器。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中，如在光譜線精細結構的研究和用光波標定標準米尺等實驗中都有著重要的應用。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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