于是 ,菲涅尔就提出了一种 假说 , 他说为什么我们观测不到这种不一样呢?
是因为 玻璃在以太中运动的时候 , 它无法做到“以太丛中过 , 片叶不沾身” 。 它要拖着 部分以太跟它一起运动 , 然后 被拖曳的这部分以太刚好就跟上面那个效应抵消了 , 于是我们就观测不到任何不一样了 。
那么 , 玻璃能拖动多少以太呢?
菲涅尔说这个比例跟介质的 折射率有关 。 你的 折射率越大 , 拖曳的以太就越多 , 折射率越小 , 拖曳的以太就越少 , 具体的曳引系数是 1-1/n2( n是介质的 折射率) 。
这就是菲涅尔的 部分曳引假说 , 似乎很有道理的样子 。
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利用 部分曳引假说 , 菲涅尔很好地解释了 阿拉果的实验 。
因为地面的空气并不会拖曳以太(折射率约为 1 , 曳引系数等于 0) , 地球本身又是极为多孔的物质 , 以太可以畅通无阻地流过 。 所以 , 地球和以太之间还是 有相对运动 , 这跟 光行差也不矛盾 , 完美!
不过 ,菲涅尔的 部分曳引假说一开始并未受到人们的重视 。
1851年 ,斐索做了一个著名的 流水实验 , 实验结果跟 部分曳引假说的预言极为接近 。 于是 , 人们对 菲涅尔的假说信心大增 。
06-斐索流水实验
流水实验的原理非常简单 ,菲涅尔不是说 透明介质会部分拖曳以太么?那么 , 我让一束光 顺着水流的方向走 , 另一束光 逆着水流的方向走 , 它们走完水管的 时间就应该 不一样 。
当然 , 光速这么快 , 想直接测量 顺水和 逆水的时间差是不可能的 ,斐索就巧妙地利用了 光的干涉 。
因为光是一种波 , 把两束一样的光叠加在一起 , 那肯定是波峰与波峰叠加 , 波谷与波谷叠加 。 现在它们经过水管的时间 不一样 , 再次相遇时波峰和波谷肯定就对不上了 , 这样它们的 干涉图案就会发生变化 。
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具体细节我就不说了 , 大家只要知道实验结果跟 菲涅尔理论计算的结果 极为接近就行了 。 如果大家感兴趣 , 我后面可以在 公众号里单独写文章谈谈这个实验 。
总之 ,斐索流水实验在很高的精度内证明了 部分曳引假说的有效性 。 后来 ,霍克又用更严密的实验做了进一步验证 。 一时间 ,菲涅尔的理论风头无二 。
07-一阶光学实验
此外 ,菲涅尔还从 部分曳引假说证明了一个 更强的结论: 像光行差和阿拉果这种只精确到v/c一阶的实验 , 无论你怎么做 , 光学现象都不会受到地球相对以太运动的影响 。
什么意思?
我们知道 ,菲涅尔提出 部分曳引假说 , 就是为了解释阿拉果的实验 。阿拉果认为如果 地球相对 以太有运动 , 我们就可以通过改变入射光的方向改变 光在玻璃中的速度 , 进而改变玻璃的 折射率 。
但是我们没有发现 折射率有任何变化 , 这就意味着这个实验没能观测到 地球相对以太的运动 。
为什么观测不到?有两种解释: 第一 , 它们之间真的没有相对运动;第二 , 它们之间有相对运动 , 但是因为某种原因我们观测不到 。
菲涅尔选的是 第二种 。
在部分曳引假说里 , 以太是 静止的 , 地球相对以太肯定有运动 , 这样才能解释 光行差 。
在 阿拉果的实验里 , 因为以太被玻璃 部分拖曳 , 这个效果刚好和地球相对以太运动的效应抵消 , 所以我们就观测不到折射率的变化了 。
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