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测量!还是测量!

已有 3508 次阅读 2014-12-14 20:42 |系统分类:科普集锦| 测量, 迈克尔逊, 12月13日


 

冬季的星空在城市浑浊的夜光中很难发现踪影,幸运的时候,仅有几个亮星依稀可见。曾带女儿去天文馆,她记住了猎户座和冬季大三角,偶尔指给我看。猎户座α星也就是著名的参宿四和12月13日的人物迈克尔逊来说也恰好有一段渊源。

 

提起美国物理学家迈克尔逊(AlbertAbrahan Michelson)很多人耳熟能详的是他和莫雷进行了著名的迈克尔逊-莫雷实验,这是历史上最著名的否定性实验(之一),他们通过精密绝伦的实验证明地球的“以太风”并不存在,有很多相关介绍,这里不赘述。该实验冲击了经典物理的根基,并且为爱因斯坦的狭义相对论的出场做了最好的注解,尽管迈克尔逊个人好像一直不支持相对论。

 

在1920年12月13日他做了另一个不太为人所知的实验:迈克尔逊首先采用以光波波长为基准,将干涉现象应用于天文学观测,测量了据说连现在都不能用直接观测的恒星直径--参宿四的直径。他在天文学家皮斯的帮助下用附加到100英寸的望远镜上的一个20英尺的干涉仪,制成恒星干涉仪,测量出了结果,线直径为2.50×108英里,约为太阳直径的三百倍。成为第一颗被测量直径的系外天体。

 

原理应该是这样的。遥远的恒星可以看作点光源。点光源又具有最好的空间相干性,有一定发光线度的光源发出的光的空间相干长度约为λz/D。其中D为光源限度,z为光源距离,λ为光波波长。如下图所示的双缝干涉装置,当双缝距离d大于相干长度时,将不会出现干涉条纹。

遥远的恒星,z/D非常大。它发出的光具有很好空间相干性和很大的相干长度。如果利用上图的简单装置测量其空间相干性,则在d还不够大的时候,干涉条纹已经变得太密而不可分辨。迈克尔逊改进了这一装置,将测量星体光源空间相干性的d1和决定干涉条纹密度的d2分离开来,使得用干涉方法测量星体大小成为可能。具体装置如下图

利用两块可移动的平面镜,使得d1可以达到几米甚至几十米,使得测量用最大的光学望远镜都不可分辨大小的星体成为可能。这种方法被后来用于测量其他恒星的直径。

 

这项测量也历史性的成为《纽约时报》的第一次科学头条。

 

迈克尔逊毕生精力从事光速的精密测量,因发明精密光学仪器和借助这些仪器在光谱学和度量学的研究工作中所做出的贡献,被授予了1907年度诺贝尔物理学奖。在去世前他依然孜孜不倦地测量光速,1927年,测得的光速值为299,798公里/秒,最后病中曾设计真空管测光速,但未能等到结果出来就遗憾离世。

 

测量的精确程度决定了我们所发现世界的深度。正如门捷列夫所言:“科学始于测量。”







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