阿爾伯特亞伯拉罕 邁克爾遜

阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜美國(guó)物理學(xué)家01人物經(jīng)歷人物成就人物年表目錄0302基本信息阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜（AlbertAbrahamMichelson，1852年12月19日-1931年5月9日），美國(guó)物理學(xué)家。邁克爾遜主要從事光學(xué)和光譜學(xué)方面的研究，他以畢生精力從事光速的精密測(cè)量，在他的有生之年，一直是光速測(cè)定的國(guó)際中心人物。他發(fā)明了一種用以測(cè)定微小長(zhǎng)度、折射率和光波波長(zhǎng)的干涉儀（邁克爾遜干涉儀），在研究光譜線方面起著重要的作用。因發(fā)明精密光學(xué)儀器和借助這些儀器在光譜學(xué)和度量學(xué)的研究工作中所做出的貢獻(xiàn)，被授予了1907年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。邁克爾遜是美國(guó)芝加哥大學(xué)物理系的第一任系主任，并長(zhǎng)期擔(dān)任物理學(xué)教授（1892年-1929年）。1900年，邁克爾遜當(dāng)選美國(guó)物理學(xué)會(huì)（APS）主席。人物經(jīng)歷人物經(jīng)歷簽名邁克爾遜(AlbertAbrabanMichelsom,1852-1931年)，波蘭裔美國(guó)藉物理學(xué)家，1852年12月19日出生于普魯士斯特雷諾（現(xiàn)屬波蘭），后于4歲時(shí)隨父母移居美國(guó)，1873年畢業(yè)于美國(guó)海軍學(xué)院，1879年轉(zhuǎn)到華盛頓的航海年歷局工作。1880年去歐洲進(jìn)修，先后在柏林、海德堡、巴黎等地受教于亥姆霍茲等名家。1882年回國(guó)，受聘為克利夫蘭的凱斯應(yīng)用科學(xué)學(xué)院物理學(xué)教授，1889年任伍斯特的克拉克大學(xué)物理學(xué)教授，于1892年任新建的芝加哥大學(xué)第一任物理系主任，直至1929年退休。除此之外，他還是：美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)主席,1923年至1927年的美國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)；還被選為法國(guó)科學(xué)院院士和倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1931年5月9日在帕薩迪納逝世。阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜邁克爾遜出生在波蘭的小鎮(zhèn)史翠諾（Strzelno），（當(dāng)時(shí)是普魯士帝國(guó)的波茲南省的史翠諾），一個(gè)猶太商人的兒子。在他還只有兩歲時(shí)全家移民美國(guó)，跟隨著作為商人的父親，他的成長(zhǎng)大致上經(jīng)歷了加利福尼亞的礦業(yè)小鎮(zhèn)Murphy、內(nèi)華達(dá)州的弗吉尼亞城。阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜邁克爾遜主要從事光學(xué)和光譜學(xué)方面的研究，他以畢生精力從事光速的精密測(cè)量，在他的有生之年，一直是光速測(cè)定的國(guó)際中心人物。他發(fā)明了一種用以測(cè)定微小長(zhǎng)度、折射率和光波波長(zhǎng)的干涉儀（邁克爾遜干涉儀），在研究光譜線方面起著重要的作用。1887年他與美國(guó)物理學(xué)家E.W.莫雷合作，進(jìn)行了著名的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)，這是一個(gè)最重大的否定性實(shí)驗(yàn)，它動(dòng)搖了經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。他研制出高分辨率的光譜學(xué)儀器，經(jīng)改進(jìn)的衍射光柵和測(cè)距儀。邁克爾遜首倡用光波波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)，提出在天文學(xué)中利用干涉效應(yīng)的可能性，并且用自己設(shè)計(jì)的星體干涉儀測(cè)量了恒星參......人物年表人物年表邁克爾遜于1852年12月19日出生于普魯士斯特雷諾（現(xiàn)屬波蘭）。1869年被選拔到美國(guó)安納波利斯海軍學(xué)院學(xué)習(xí)。畢業(yè)后曾任該校物理和化學(xué)講師。1880～1882年被批準(zhǔn)到歐洲攻讀研究生，先后到柏林大學(xué)、海德堡大學(xué)、法蘭西學(xué)院學(xué)習(xí)。阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜1883年任俄亥俄州克利夫蘭市開(kāi)斯應(yīng)用科學(xué)學(xué)院物理學(xué)教授。1887年，他和愛(ài)德華·莫雷共同進(jìn)行了著名的邁克耳遜－莫雷實(shí)驗(yàn)，這個(gè)試驗(yàn)排除了以太的存在。后來(lái)，他又轉(zhuǎn)向利用天文光學(xué)干涉測(cè)量法測(cè)量恒星的直徑和雙星分光片的測(cè)量。1889年成為麻省伍斯特的克拉克大學(xué)的物理學(xué)教授，在這里著手進(jìn)行計(jì)量學(xué)的一項(xiàng)宏偉計(jì)劃。1892年改任芝加哥大學(xué)物理學(xué)教授，后任該校第一任物理系主任，在這里他培養(yǎng)了對(duì)天文光譜學(xué)的興趣。1907年，邁克耳孫因?yàn)椤鞍l(fā)明光學(xué)干涉儀并使用其進(jìn)行光譜學(xué)和基本度量學(xué)研究”（forhisopticalprecisioninstrumentsandthespectroscopicandmetrologicalinvestigationscarriedoutwiththeiraid）而成為美國(guó)第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。同年，他獲得了科普利獎(jiǎng)?wù)拢–opleyMedal）。1910～1911年擔(dān)任美國(guó)科學(xué)......人物成就以太漂移實(shí)驗(yàn)改進(jìn)儀器測(cè)定光速測(cè)定基準(zhǔn)長(zhǎng)度人物成就干涉儀光學(xué)儀器階梯光柵人物成就以太漂移實(shí)驗(yàn)邁克爾孫莫雷實(shí)驗(yàn)邁克爾遜的名字是和邁克爾遜干涉儀及邁克爾遜－莫雷實(shí)驗(yàn)聯(lián)系在一起的，實(shí)際上這也是邁克爾遜一生中最重要的貢獻(xiàn)。在邁克爾遜的時(shí)代，人們認(rèn)為光和一切電磁波必須借助絕對(duì)靜止的“以太”進(jìn)行傳播，而“以太”是否存在以及是否具有靜止的特性，在當(dāng)時(shí)還是一個(gè)謎。有人試圖測(cè)量地球?qū)o止“以太”的運(yùn)動(dòng)所引起的“以太風(fēng)”，來(lái)證明以太的存在和具有靜止的特性，但由于儀器精度所限，遇到了困難。麥克斯韋曾于1879年寫(xiě)信給美國(guó)航海年歷局的D.P.托德，建議用羅默的天文學(xué)方法研究這一問(wèn)題。邁克爾遜知道這一情況后，決心設(shè)計(jì)出一種靈敏度提高到億分之一的方法，測(cè)出與有關(guān)的效應(yīng)。1881年他在柏林大學(xué)亥姆霍茲實(shí)驗(yàn)室工作，為此他發(fā)明了高精度的邁克爾遜干涉儀，進(jìn)行了著名的以太漂移實(shí)驗(yàn)。他認(rèn)為若地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)相對(duì)于以太運(yùn)動(dòng)時(shí)，其平行于地球運(yùn)動(dòng)方向和垂直地球運(yùn)動(dòng)方向上，光通過(guò)相等距離所需時(shí)間不同，因此在儀器轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí)，前后兩次所產(chǎn)生的干涉必有0.04條條紋移動(dòng)。邁克爾遜用最初建造的干涉儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這臺(tái)儀器的光學(xué)部分用蠟封在平臺(tái)上，調(diào)節(jié)很不方便，測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)往往要好幾小時(shí)。實(shí)驗(yàn)得出了否定結(jié)果。改進(jìn)儀器1884年在訪美的瑞利、開(kāi)爾文等的鼓勵(lì)下，他和化學(xué)家莫雷（Morley,EdwardWilliams，1838～1923）合作，提高干涉儀的靈敏度，得到的結(jié)果仍然是否定的。1887年他們繼續(xù)改進(jìn)儀器，光路增加到11米，花了整整5天時(shí)間，仔細(xì)地觀察地球沿軌道與靜止以太之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，結(jié)果仍然是否定的。這一實(shí)驗(yàn)引起科學(xué)家的震驚和關(guān)注，與熱輻射中的“紫外災(zāi)難”并稱(chēng)為“科學(xué)史上的兩朵烏云”。隨后有10多人前后重復(fù)這一實(shí)驗(yàn)，歷時(shí)50年之久。對(duì)它的進(jìn)一步研究，導(dǎo)致了物理學(xué)的新發(fā)展。邁克爾遜的另一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)是對(duì)光速的測(cè)定。早在海軍學(xué)院工作時(shí)，由于航海的實(shí)際需要，他對(duì)光速的測(cè)定開(kāi)始感興趣。測(cè)定光速邁克爾遜干涉儀1879年開(kāi)始光速的測(cè)定工作。他是繼菲佐、傅科、科紐之后，第四個(gè)在地面測(cè)定光速的。他得到了岳父的贈(zèng)款和政府的資助，使他能夠有條件改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置。他用正八角鋼質(zhì)棱鏡代替傅科實(shí)驗(yàn)中的旋轉(zhuǎn)鏡，由此使光路延長(zhǎng)600米。返回光的位移達(dá)133毫米，提高了精度，改進(jìn)了傅科的方法。他多次并持續(xù)進(jìn)行光速的測(cè)定工作，其中最精確的測(cè)定值是在1924～1926年，在南加利福尼亞山間22英里長(zhǎng)的光路上進(jìn)行的，其值為（299796±4）km/s。邁克爾遜從不滿(mǎn)足已達(dá)到的精度，總是不斷改進(jìn)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，孜孜不倦，精益求精，整整花了半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，最后在一次精心設(shè)計(jì)的光速測(cè)定過(guò)程中，不幸因中風(fēng)而去世，后來(lái)由他的同事發(fā)表了這次測(cè)量結(jié)果。他確實(shí)是用畢生的精力獻(xiàn)身于光速的測(cè)定工作。邁克爾遜在基本度量方面也作出了貢獻(xiàn)。測(cè)定基準(zhǔn)長(zhǎng)度1893年，他用自己設(shè)計(jì)的干涉儀測(cè)定了紅鎘線的波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)說(shuō)明當(dāng)溫度為15℃氣壓在760毫米汞柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)時(shí)，紅鎘線在干燥空氣中的波長(zhǎng)為6438.4696埃，于是，他提出用此波長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，來(lái)核準(zhǔn)基準(zhǔn)米尺，用這一方法訂出的基準(zhǔn)長(zhǎng)度經(jīng)久不變。因此它被世界所公認(rèn)，一直沿用到1960年。干涉儀阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜1920年邁克爾遜和天文學(xué)家F.G.皮斯合作，把一臺(tái)20英尺的干涉儀放在100英寸反射望遠(yuǎn)鏡后面，構(gòu)成了恒星干涉儀，用它測(cè)量了恒星參宿四（即獵戶(hù)座一等變光星）的直徑，它的直徑相當(dāng)大，線直徑為2.50×108英里，約為太陽(yáng)直徑的300倍。此方法后被用來(lái)測(cè)定其他恒星的直徑。邁克爾遜的第一個(gè)重要貢獻(xiàn)是發(fā)明了邁克爾遜干涉儀，并用它完成了著名的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)。按照經(jīng)典物理學(xué)理論，光乃至一切電磁波必須借助靜止的以太來(lái)傳播。地球的公轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對(duì)于以太的運(yùn)動(dòng)，因而在地球上兩個(gè)垂直的方向上，光通過(guò)同一距離的時(shí)間應(yīng)當(dāng)不同，這一差異在邁克爾遜干涉儀上應(yīng)產(chǎn)生0.04個(gè)干涉條紋移動(dòng)。1881年，邁克耳孫在實(shí)驗(yàn)中未觀察到這種條紋移動(dòng)。1887年，邁克爾遜和著名化學(xué)家莫雷合作，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置，使精度達(dá)到2.5´10-10，但仍未發(fā)現(xiàn)條紋有任何移動(dòng)。這次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果暴露了以太理論的缺陷，動(dòng)搖了經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)，為狹義相對(duì)論的建立鋪平了道路。邁克爾遜是第一個(gè)倡導(dǎo)用光波的波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)的科學(xué)家。1892年邁克爾遜利用特制的干涉儀，以法國(guó)的米原器為標(biāo)準(zhǔn)，在溫度15攝氏度、壓力760毫米汞柱的條件下，測(cè)定了鎘紅線波長(zhǎng)是6438.4696埃，于是，1米等于1553164倍鎘紅線波長(zhǎng)。這是人類(lèi)首次獲得了一種永遠(yuǎn)不變且毀壞不了的長(zhǎng)度基準(zhǔn)。在光譜學(xué)方面，邁克爾遜發(fā)現(xiàn)了氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及水銀和鉈光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，這一發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)代原子理論中起了重大作用。邁克爾遜還運(yùn)用自己發(fā)明的“可見(jiàn)度曲線法”對(duì)譜線形狀與壓力的關(guān)系、譜線展寬與分子自身運(yùn)動(dòng)的關(guān)系作了詳細(xì)研究，其成果對(duì)現(xiàn)代分子物理學(xué)、原子光譜和激光光譜學(xué)等新興學(xué)科都發(fā)生了重大影響。阿爾伯特·亞伯拉......階梯光柵1898年，他發(fā)明了一種階梯光柵來(lái)研究塞曼效應(yīng)，其分辨本領(lǐng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的衍射光柵。邁克爾遜是一位出色的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他所完成的實(shí)驗(yàn)都以設(shè)計(jì)精巧、精確度高而聞名，愛(ài)因斯坦曾贊譽(yù)他為“科學(xué)中的藝術(shù)家”。光學(xué)儀器邁克爾遜干涉邁克爾遜干涉儀是1883年美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的精密光學(xué)儀器。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉。通過(guò)調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。主要用于長(zhǎng)度和折射率的測(cè)量，若觀察到干涉條紋移動(dòng)一條，便是M2的動(dòng)臂移動(dòng)量為λ/2，等效于M1與M2之間的空氣膜厚度改變?chǔ)?2。在近代物理和近代計(jì)量技術(shù)中，如在光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究和用光波標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)米尺等實(shí)驗(yàn)中都有著重要的應(yīng)用。利用該儀器的原理，研制出多種專(zhuān)用干涉儀。干涉條紋是等光程差點(diǎn)的軌跡，因此，要分析某種干涉產(chǎn)生的圖樣，必求出相干光的光程差位置分布的函數(shù)。若干涉條紋發(fā)生移動(dòng)，一定是場(chǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光程差發(fā)生了變化，引起光程差變化的原因，可能是光線長(zhǎng)度L發(fā)生變化，或是光路中某段介質(zhì)的折射率n發(fā)生了變化，或是薄膜的厚度e發(fā)生了變化。參考資料