阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊

美国物理学家

阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊（Albert Abraham Michelson，1852年12月19日-1931年5月9日），美国物理学家。迈克尔逊主要从事光学和光谱学方面的研究，他以毕生精力从事光速的精密测量，在他的有生之年，一直是光速测定的国际中心人物。他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪（迈克尔逊干涉仪），在研究光谱线方面起着重要的作用。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。

人物经历

迈克尔逊(Albert Abraban Michelsom,1852-1931年)，波兰裔美国藉物理学家，1852年12月19日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰），后于4岁时随父母移居美国，1873年毕业于美国海军学院，1879年转到华盛顿的航海年历局工作。1880年去欧洲进修，先后在柏林、海德堡、巴黎等地受教于亥姆霍兹等名家。1882年回国，受聘为克利夫兰的凯斯应用科学学院物理学教授，1889年任伍斯特的克拉克大学物理学教授，于1892年任新建的芝加哥大学第一任物理系主任，直至1929年退休。除此之外，他还是：美国科学促进协会主席,1923年至1927年的美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。

迈克尔逊出生在波兰的小镇史翠诺（Strzelno），（当时是普鲁士帝国的波兹南省的史翠诺），一个犹太商人的儿子。在他还只有两岁时全家移民美国，跟随着作为商人的父亲，他的成长大致上经历了加利福尼亚的矿业小镇Murphy、内华达州的弗吉尼亚城。

迈克尔逊主要从事光学和光谱学方面的研究，他以毕生精力从事光速的精密测量，在他的有生之年，一直是光速测定的国际中心人物。他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪（迈克尔逊干涉仪），在研究光谱线方面起着重要的作用。1887年他与美国物理学家E.W.莫雷合作，进行了著名的迈克尔逊-莫雷实验，这是一个最重大的否定性实验，它动摇了经典物理学的基础。他研制出高分辨率的光谱学仪器，经改进的衍射光栅和测距仪。迈克尔逊首倡用光波波长作为长度基准，提出在天文学中利用干涉效应的可能性，并且用自己设计的星体干涉仪测量了恒星参宿四的直径。

他创造的迈克尔逊干涉仪对光学和近代物理学是一巨大的贡献。它不但可用来测定微小长度、折射率和光波波长等，也是现代光学仪器如付立叶光谱议等仪器的重要组成部分。1926年用多面旋镜法比较精密地测定了光的速度。

由于创制了精密的光学仪器和利用这些仪器所完成的光谱学和基本度量学研究，迈克尔逊于1907年获诺贝尔物理学奖金。

人物年表

迈克尔逊于1852年12月19日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰）。

1869年被选拔到美国安纳波利斯海军学院学习。毕业后曾任该校物理和化学讲师。

1880～1882年被批准到欧洲攻读研究生，先后到柏林大学、海德堡大学、法兰西学院学习。

1883年任俄亥俄州克利夫兰市开斯应用科学学院物理学教授。

1887年，他和爱德华·莫雷共同进行了著名的迈克耳逊－莫雷实验，这个试验排除了以太的存在。后来，他又转向利用天文光学干涉测量法测量恒星的直径和双星分光片的测量。

1889年成为麻省伍斯特的克拉克大学的物理学教授，在这里着手进行计量学的一项宏伟计划。

1892年改任芝加哥大学物理学教授，后任该校第一任物理系主任，在这里他培养了对天文光谱学的兴趣。

1907年，迈克耳孙因为“发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究”（for his optical precision instruments and the spectroscopic and metrological investigations carried out with their aid）而成为美国第一个诺贝尔物理学奖获得者。同年，他获得了科普利奖章（Copley Medal）。

1910～1911年担任美国科学促进会主席。

1923～1927年担任美国科学院院长。

1931年5月9日因脑溢血于加利福尼亚州的帕萨迪纳逝世，终年79岁。

人物成就

以太漂移实验

迈克尔逊的名字是和迈克尔逊干涉仪及迈克尔逊－莫雷实验联系在一起的，实际上这也是迈克尔逊一生中最重要的贡献。在迈克尔逊的时代，人们认为光和一切电磁波必须借助绝对静止的“以太”进行传播，而“以太”是否存在以及是否具有静止的特性，在当时还是一个谜。有人试图测量地球对静止“以太”的运动所引起的“以太风”，来证明以太的存在和具有静止的特性，但由于仪器精度所限，遇到了困难。麦克斯韦曾于1879年写信给美国航海年历局的D.P.托德，建议用罗默的天文学方法研究这一问题。迈克尔逊知道这一情况后，决心设计出一种灵敏度提高到亿分之一的方法，测出与有关的效应。

1881年他在柏林大学亥姆霍兹实验室工作，为此他发明了高精度的迈克尔逊干涉仪，进行了著名的以太漂移实验。他认为若地球绕太阳公转相对于以太运动时，其平行于地球运动方向和垂直地球运动方向上，光通过相等距离所需时间不同，因此在仪器转动90°时，前后两次所产生的干涉必有0.04条条纹移动。迈克尔逊用最初建造的干涉仪进行实验，这台仪器的光学部分用蜡封在平台上，调节很不方便，测量一个数据往往要好几小时。实验得出了否定结果。

改进仪器

1884年在访美的瑞利、开尔文等的鼓励下，他和化学家莫雷（Morley,Edward Williams，1838～1923年）合作，提高干涉仪的灵敏度，得到的结果仍然是否定的。1887年他们继续改进仪器，光路增加到11米，花了整整5天时间，仔细地观察地球沿轨道与静止以太之间的相对运动，结果仍然是否定的。这一实验引起科学家的震惊和关注，与热辐射中的“紫外灾难”并称为“科学史上的两朵乌云”。随后有10多人前后重复这一实验，历时50年之久。对它的进一步研究，导致了物理学的新发展。迈克尔逊的另一项重要贡献是对光速的测定。早在海军学院工作时，由于航海的实际需要，他对光速的测定开始感兴趣。

测定光速

1879年开始光速的测定工作。他是继菲佐、傅科、科纽之后，第四个在地面测定光速的。他得到了岳父的赠款和政府的资助，使他能够有条件改进实验装置。他用正八角钢质棱镜代替傅科实验中的旋转镜，由此使光路延长600米。返回光的位移达133毫米，提高了精度，改进了傅科的方法。他多次并持续进行光速的测定工作，其中最精确的测定值是在1924～1926年，在南加利福尼亚山间22英里长的光路上进行的，其值为（299796±4）km/s。迈克尔逊从不满足已达到的精度，总是不断改进，反复实验，孜孜不倦，精益求精，整整花了半个世纪的时间，最后在一次精心设计的光速测定过程中，不幸因中风而去世，后来由他的同事发表了这次测量结果。他确实是用毕生的精力献身于光速的测定工作。迈克尔逊在基本度量方面也作出了贡献。

测定基准长度

1893年，他用自己设计的干涉仪测定了红镉线的波长，实验说明当温度为15℃气压在760毫米汞柱产生的压强时，红镉线在干燥空气中的波长为6438.4696埃，于是，他提出用此波长为标准长度，来核准基准米尺，用这一方法订出的基准长度经久不变。因此它被世界所公认，一直沿用到1960年。

干涉仪

1920年迈克尔逊和天文学家F.G.皮斯合作，把一台20英尺的干涉仪放在100英寸反射望远镜后面，构成了恒星干涉仪，用它测量了恒星参宿四（即猎户座一等变光星）的直径，它的直径相当大，线直径为2.50×108英里，约为太阳直径的300倍。此方法后被用来测定其他恒星的直径。迈克尔逊的第一个重要贡献是发明了迈克尔逊干涉仪，并用它完成了著名的迈克尔逊-莫雷实验。按照经典物理学理论，光乃至一切电磁波必须借助静止的以太来传播。地球的公转产生相对于以太的运动，因而在地球上两个垂直的方向上，光通过同一距离的时间应当不同，这一差异在迈克尔逊干涉仪上应产生0.04个干涉条纹移动。1881年，迈克耳孙在实验中未观察到这种条纹移动。1887年，迈克尔逊和著名化学家莫雷合作，改进了实验装置，使精度达到2.5´10-10，但仍未发现条纹有任何移动。这次实验的结果暴露了以太理论的缺陷，动摇了经典物理学的基础，为狭义相对论的建立铺平了道路。迈克尔逊是第一个倡导用光波的波长作为长度基准的科学家。1892年迈克尔逊利用特制的干涉仪，以法国的米原器为标准，在温度15摄氏度、压力760毫米汞柱的条件下，测定了镉红线波长是6438.4696埃，于是，1米等于1553164倍镉红线波长。这是人类首次获得了一种永远不变且毁坏不了的长度基准。在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还运用自己发明的“可见度曲线法”对谱线形状与压力的关系、谱线展宽与分子自身运动的关系作了详细研究，其成果对现代分子物理学、原子光谱和激光光谱学等新兴学科都发生了重大影响。

阶梯光栅

1898年，他发明了一种阶梯光栅来研究塞曼效应，其分辨本领远远高于普通的衍射光栅。迈克尔逊是一位出色的实验物理学家，他所完成的实验都以设计精巧、精确度高而闻名，爱因斯坦曾赞誉他为“科学中的艺术家”。

光学仪器

迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折射率的测量，若观察到干涉条纹移动一条，便是M2的动臂移动量为λ/2，等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。干涉条纹是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种干涉产生的图样，必求出相干光的光程差位置分布的函数。若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发生了变化，引起光程差变化的原因，可能是光线长度L发生变化，或是光路中某段介质的折射率n发生了变化，或是薄膜的厚度e发生了变化。

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