以太漂移一级效应零结果与静止以太说

菲佐实验大大提高了菲涅耳的威信，按照该理论以太在宇宙空间是静止的，地球相对于它运动着。对于地球上的观察者来说就有以太风存在， 从而人们开始了探索以太存在的实验。1868 年奥克(Martinus Hoek)进行了一项实验。[1]如图 11-4 所示，来自 S 光源的单色光被半镀银镜 P 分成在相反方向上通过闭合路径的两束光，M1、M2 和 M3 是平面镜，-V 是以太相对于实验室的速度。在 M1、M2 路径上包含了一段充满水的玻璃管 W。在通过闭合路径后，被 P 片所反射的射线 1 与被 P 片所折射的射线 2 会聚到一起，在望远镜 T 内产生干涉条纹。把仪器转动 180°，使射线 2 在与地球运动相反的方向上通过以太，奥克发现没有干涉条纹移动。

奥克按照菲涅耳的理论解释了这一结果。在这一装置中，射线 1 和射线 2 之间的光程差只能由闭合路径中长为 l 的那部分引起，据方程(11.1.4)，对于先通过长为 l 的水段，后通过长为 l 的空气段的射线 1 所需的时间 t1 为

t = l

1 c + v

+ l

c / n + Kv - v

(11.1.7)

对于在相反的方向上通过闭合路径的射线 2 所需的时间 t２为

t = L

2 c - v

+ L

c / n - Kv + v

(11.1.8)

式中曳引系数K = 1 − 1

n 2

代入式(11.1.7)式(11.1.8)

v

，精确到 c 阶得

t = t = l + nl ，△t = 0。观察不到干涉条纹，这就解释了实验结果。

1 2 c c

图 11-4

1870 年，维耳特曼(Wilhelm Veltmann)证明，如果不涉及高于一阶的效应，人们便不能检测到天体运动对光学现象的任何影响。[2]他考虑了在一个具有公共平动速度 v 的透明物体中光的传播问题。如果我们用 si 表示多边形每边的长度，用 wi 表示光在该边相对于物体的速度，那么光线走完全程所需要的时间将是∑si/wi，若以太相对于物体的速度是 Ui，则

wi=ci+Uicosϕi (1.1.9)

在这里，ϕ 是i边和系统平动方向之间的夹角。依照菲涅耳假设U = υ / n2

i i i

ni 是物体的折射率，略去高于一阶的项，我们得到

si ≈ si

  • si

v cosϕ

= si

  • v s

cos ϕ

w c c2 n 2

i c c2 i i

i i i i i

∑ si

= ∑ si

  • > v ∑s

cos ϕ

(11.1.10)

w i ci c

这里 c 表示光在真空中的速度。后一个方程右边第一项表示光线经过全程的时间间隔，第二项的求和是全体路程在系统平动方向的投影，对于一个闭合光路它变为零。因此，对于把相同起点和终点连接起来的两束光来说， 两条光路长度之差依然是相同的，而与系统运动无关。现在，按照菲涅耳理论，光的传播一般能描述为干涉的结果，并且干涉唯一地由光路长度决定。因此，在一级近似下，光学现象不受地球运动的影响，干涉仪实验不能察觉到地球相对于以太的运动，以太漂移的零结果是不可避免的结果。

以太漂移一阶效应的零结果，在菲涅耳理论的基础上得到了充分的证明和解释。而该理论主张静止以太的存在，地球相对于以太运动。所以这一结果并不象有的文章所说是对静止以太论的否定。从历史实际来看一阶效应实验是个肯定的实验，它的零结果巩固并加强了人们的静止以太观念。