斐索实验,也译菲佐实验,是阿尔芒·斐索1851年进行的一项实验。他在本实验中测定了光在运动的水中的相对速度。为了确定介质运动对光速的影响,斐索使用了一台特制的干涉仪。
基于当时盛行的理论,在运动介质中传播的光会被介质拖动,导致最终测到的光速是光和介质的相对速度与介质运动速度的和。虽然斐索在实验中探测到了拖曳效应,但该效应却比预期弱很多。他的结果在当时被看作是奥古斯丁·菲涅耳的“以太部分拖曳假说” 的证据,但直到半个多世纪后才通过阿尔伯特·爱因斯坦发展的狭义相对论得到完满的解释。爱因斯坦本人认为该实验对于狭义相对论非常重要。
实验装置
从光源S′放出的光线在被分光镜G反射后经透镜L准直为两束平行光。两束光线在通过狭缝O1和 O2后进入管道A1和A2。两个管道分别按照箭头所指的方向通入水流。在透镜L′焦点处放置的平面镜m是为了确保两束光中有一束总顺着水流方向传播,而另一束则逆着水流传播。在通过水管后,两束光线会在S处会聚形成干涉条纹。干涉条纹可以用来分析水管中的光速。
斐索发现
:w_+=\frac{c}{n}+ v\left(1-\frac{1}{n^2}\right) \ .
也就是说,光确实受到水的拖曳效应的影响,但拖曳效应却比预期弱很多。
斐索实验令物理学家接受了奥古斯丁·菲涅耳1818年提出的以太部分拖拽理论。菲涅耳曾利用此理论解释弗朗索瓦·阿拉戈1810年做的一项的实验的结果。依据这种理论,光速由介质拖曳效应产生的增加量只是介质速度的一部分,拖曳系数f满足
:f = \left(1-\frac{1}{n^2}\right) \ .
1895年,亨德里克·洛伦兹又在其中加入了与色散有关的项:
斐索本人在实验报告的结论中也表达了不满:
实验的成功让我不得不接受菲涅耳的假说,或者至少是他找到的动体对于光速的效应。尽管这个已经得到证实的定律可能是假说非常强的证据(尽管这个定律只是其中一个结果)。菲涅耳提出的概念尽管看起来如此接触,但在部分方面仍然非常难以让人信服。因此在将其视为真理前仍需要其他证据以及几何部分的验证。与爱因斯坦曾经有过几次交流。爱因斯坦是这样强调斐索实验的重要性的:
:静水中的光速为c/n
:从速度加成式可以得到,实验室中观测到的流速为v的水流中光速(光的传播方向与水流方向一致)为
::V_\mathrm{lab}=\frac{\frac{c}{n}+v}{1+\frac{\frac{c}{n}v}{c^2}}=\frac{\frac{c}{n}+v}{1+\frac{v}{cn}} \ .
:因此速度差为(假设v相对於c非常小,可以在高阶项中省略)
::V_\mathrm{lab}-\frac{c}{n} = \frac{\frac{c}{n}+v}{1+\frac{v}{cn}}-\frac{c}{n}=\frac{\frac{c}{n}+v-\frac{c}{n}(1+\frac{v}{cn})}{1+\frac{v}{cn}} = \frac{v\left(1-\frac{1}{n^2}\right)}{1+\frac{v}{cn}}\approx v\left(1-\frac{1}{n^2}\right) \ .
:此式在成立,并与斐索得到的方程一致(斐索实验满足)
斐索实验也因此可以验证爱因斯坦速度加成式在合成速度共线的情况下成立。
;第一手来源
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