姓名:邁克耳遜 Michelson,Albert Abraham

國家或者地區(qū):德國-美國

學(xué)科:物理學(xué)家

1878年，邁克耳孫開始了將與他結(jié)下了不解之緣的光速精密測量工作。早在兩個世紀(jì)以前，羅伊默便是光速測量的先驅(qū)者。布雷德利、傅科和菲佐都作過測量。然而，邁克耳孫卻決心用自制的儀器測得比他們都準(zhǔn)確。他采用傅科的方法，加了一些小的改進(jìn)，做出了他的第一個光速報告。由于他認(rèn)識到必須先學(xué)習(xí)光學(xué)才能取得進(jìn)一步的成果，便遠(yuǎn)涉重洋，去德國和法國求學(xué)。一回到美國，他就辭去了軍職，在克利夫蘭州當(dāng)了凱瑟應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的物理教授。

1882年，他準(zhǔn)備停當(dāng)后再次嘗試，結(jié)果測出光速為每秒299，853公里(每秒186，320英里)。這個值在三十余年內(nèi)一直是所測得的最佳值(這個紀(jì)錄后來的刷新者還是邁克耳孫本人)。 1881年，邁克耳孫，在A.G.貝爾的資助下制成干涉儀，用于把光束一分為二，讓兩部分沿不同路線射出，然后使其合在一起。麥克斯韋曾在六年前提出過這個實驗。假如這兩部分光束以相同的速度通過不同的距離，或以不同的速度通過相同的距離，它們就會失相并互相干涉，產(chǎn)生亮暗相間的光帶。揚檢測到了當(dāng)兩道光線相遇時出現(xiàn)的這些干涉條紋，從而證實了光的波動性。邁克耳孫利用自己的干涉儀研究了相互垂直傳播的兩部分光束。當(dāng)時人們認(rèn)為，光作為一種波，必須是某種東西的波(正如海浪是海水的波一樣)。因此假定整個空間充滿著光以太。("以太"一說便又恢復(fù)了亞里士多德曾設(shè)象的那種為地球大氣層以外所有物體成份的第五原質(zhì)的地位)。人們認(rèn)為以太是不動的，地球運行時通過以太。因此，順地球運動方向發(fā)出的光傳播得應(yīng)該(或看來應(yīng)該)比向與地球運動方向成直角發(fā)出的光快些。兩束光會失相并出現(xiàn)干涉條紋。測量條紋的寬度(不是測量干涉條紋的寬度，而是測量條紋移動的距離。下同。--譯者)，就可能求出地球相對于以太的精確速度。這樣，便可以測定地球的"絕對運動"，還將由宇宙間一切物體相對于地球的運動得知它們的絕對運動。

他在1881年做的首次實驗是在柏林亥姆霍茲的實驗室進(jìn)行的。沒有出現(xiàn)干涉條紋。他更加煞費苦心地采取消除誤差的措施繼續(xù)嘗試。1887年，他和莫利在看來絕對可靠的環(huán)境下進(jìn)行實驗，然而還是失敗了。他們看不到有明顯寬度的條紋，因此光速在任何環(huán)境下任何方向上都沒有差別。(從那天起也沒有任何人發(fā)現(xiàn)過)。毫無疑問，邁克耳孫-莫利實驗，是科學(xué)史上眾所周知的最出名的失敗實驗。(雖然如此，芝加哥大學(xué)1898-1899年鑒中物理部分的介紹卻說，物理結(jié)構(gòu)已是十分嚴(yán)整，以致除了求出各種常數(shù)的第六位小數(shù)值以外，無需再繼續(xù)研究別的什么了。這便忽視了邁克耳遜-莫利實驗已將物理學(xué)搞得七零八落的這一事實。那么，誰是當(dāng)時這所大學(xué)物理系的主任呢?嘿，正是邁克耳孫!)這個實驗可以說是推翻了所有有關(guān)以太的學(xué)說(馬赫立刻宣稱不存在以太)，因而有必要為光速不變性尋求某種解釋。菲茨杰拉德提出了最富有戲劇性的解釋:高速物體的長度有輕微變化，這種變化正好足以抵消光速的變化，使它顯得是恒定不變。1905年，愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論，使解釋工作達(dá)到高潮。

狹義相對論通過假定光在真空中的速度為一個基本和不變的常數(shù)開始，利用普朗克于1900年提出的量子理論，消除了以太存在的必要性(然而邁克耳孫卻一直未能接受相對論)。毫無疑問，邁克耳孫-莫利實驗是第二次科學(xué)革命理論領(lǐng)域的起點，就象倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的X射線是實驗領(lǐng)域內(nèi)革命的肇始一樣。 1907年，邁克耳孫因各種光學(xué)研究的成果榮獲物理學(xué)諾貝爾獎。他是獲得某門學(xué)科的諾貝爾獎金的第一個美國人。但是邁克耳孫的光學(xué)研究卻并非只因否定性結(jié)果而著名。他的干涉儀使他有可能通過比較從天體兩側(cè)發(fā)出的光線而測定天體的寬度，并根據(jù)干涉條紋的性質(zhì)，測定兩個發(fā)光點之間的距離。當(dāng)然這種作法只不過是一種技術(shù)演示而已，因為這些衛(wèi)星的角距離可通過直接觀察的方法來測出。

不過在1920年，他用更好的望遠(yuǎn)鏡著手努力測量甚至現(xiàn)在都不能用直接觀察去測的恒星的直徑。他用附加到100英寸的望遠(yuǎn)鏡上的一個20英尺的干涉儀，測量出了巨星參宿四的直徑。這一消息登在了《紐約時報》頭報位置上�？茖W(xué)消息上了這家報紙的頭號版面，這可是破天荒第一次(這是當(dāng)時對科學(xué)發(fā)展成績的罕有贊許)。同時，他建議用光波作為長度標(biāo)準(zhǔn)，代替保存在巴黎郊區(qū)用作國際標(biāo)準(zhǔn)米的鉑銥米原器。最初他認(rèn)為鈉的明亮黃譜線可能行，后來又發(fā)現(xiàn)鎘在高溫下輻射的紅光更適于做長度標(biāo)準(zhǔn)。1893年，他用鎘的紅色譜線波長量度了米原器。(用光波作為長度標(biāo)準(zhǔn)，這在1960年才被接受)不過，這時人們采用的標(biāo)準(zhǔn)光波是1893年時所不知道的稀有氣體氪的輻射光，而不是鎘的紅色譜線。

1892年，邁克耳孫就任芝加哥大學(xué)的物理系主任，這個職位他一直擔(dān)任到退休。從1923到1927年，他是美國科學(xué)院院長。 1923年，邁克耳遜又回到精確測量光速的課題上來。他以誤差不超過1英寸的精度測量出了加利福亞山某兩座山峰之間的一段22英里的距離。他使用友人斯佩里為他專門制備的一面八面旋轉(zhuǎn)鏡;到1927年，測得的光速值為299，798公里/秒。他再次測試，這次他使用一根能抽成真空的長管子，因此能測量光在真空中的速度。將光一再反射，直到在真空中行進(jìn)10英里長。當(dāng)時邁克耳孫已在病中，未能等到得出最后的結(jié)果。但在1933年(此時他已去世)，公布了最后測量值-299，774公里/秒(186，271英里/秒)。邁克耳孫逝世大約三十年后，公認(rèn)的光速值被定為299，792.5公里/秒(186，282英里/秒)，這個值介乎邁克耳孫最后兩次測得的數(shù)值之間。下面講他的一個與光速無關(guān)的實驗，即邁克耳孫對一根鐵管中水平的顯微觀察。雖然管內(nèi)"潮汐"的水平變至多為4微米(不到百萬分之6英寸)，但這足以使他能象通過海洋中的嘲汐一樣，計算出太陽和月亮對地球的引力強(qiáng)度。他指出，固體地面隨太陽和月亮的升落而起伏，其水平面變化為35厘米，即稍大于1英尺。