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回答罗老师的迈克尔逊干涉仪实验的话题

已有 6169 次阅读 2012-2-23 00:53 |个人分类:镜子大全|系统分类:科普集锦| 干涉仪, 迈克尔逊

回答罗老师的迈克尔逊干涉仪实验的话题。
作者: mirror (*)
日期: 02/22/2012 09:48:28

罗老师开篇就把话说得很满了,
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理解迈克尔逊莫雷实验(MMX)中的光学干涉现象所需要的物理知识并不复杂,只需要读者具备几何光学和杨氏干涉的知识,加上细致考虑各种影响光线传播的因素,就可以获得正确答案。

镜某读了罗老师的说明后,感觉罗老师没有做过麦氏干涉仪的实验,因为那篇文章里没有用到一个关键词:等倾斜干涉条纹。对这个评论,罗老师回应说做过。

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罗老师对自己的经历表述是
麦克逊干涉仪实验是本科近代物理实验的重要内容,是每个学生必须完成的,在1984年大四就做过,实现干涉很容易,只是没有传动装置观察条纹移动,但对实验有感性认识。

近代物理学时期的故事都很精彩,但是能让学生们理解物理本质的表述并不多见。比如说为什么当时人们都相信有以太?对这个事情的背景挖得不深。对更前辈的概念燃素也只做些一般说明。对热的物体为什么会发光的解释,一般教科书里也是言语不详。

以太存在的否定实验,是这个著名的迈氏实验,因此迈克尔逊得了炸药奖。这也是美国人的第一个炸药奖。

虽然迈克尔逊干涉仪可以用来测量长度,但是迈氏实验的本质,则是用迈氏干涉仪来测量角度。因为所有干涉仪(条纹)的原理都可以归结在“光程差”上,所以很有必要强调出利用光程差来测量什么量。

罗老师给出的图一中给出的是一线光,一般认为是有一定尺寸的一束光,B镜对A镜垂直时,屏幕上的干涉光斑里没有干涉条纹。测距离是让B镜沿光线移动,数干涉条纹出现的次数。出现一次是半个波长的变化。

图一中的B镜左转、右转都偏离开90度的垂直条件。因此,在干涉光斑里都会有干涉条纹产生。这样的干涉条纹被称为等倾斜干涉条纹,因为对垂直条件时的无条纹状态而言,有一个条纹出现,就意味着有半个波长差/距离L的倾角(两个方向),因此而得名。为了获得高测角精度,距离L是越长越好。迈氏实验时,利用镜子的反射,加长了有效的距离L

这个B镜的左转、右转对称性十分重要。如果是平面波何平面镜,B镜从左向右旋转时,光斑中的干涉条纹的间隔逐渐变大,消失后然后重新出现。左右角度相同时,光斑中的干涉条纹的间隔也一样。在实验室里,B镜这样几秒角的旋转不需要几分钟。因此可以把B镜放在正好与A镜成90度的位置。

考虑到地球的自转,上述实验装置在正午与在半夜也是个对称的局面这两个状态之间干涉条纹的变化。如果以太存在的话,实验结果会与在实验室内的B镜角度变化产生效果一样。但是迈氏实验的结果里没有观察到有干涉条纹的变化。然后的解释,才是人们知道的故事结果。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。


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2 罗教明 zhangcz07

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