讣告

编者按

在19世纪，科学家们对光的传播的理解仍面临着很大的困难。麦克斯韦指出，光是由电磁波构成的，但人们觉得很难想象波会在真空中传播。所以有人提出光在质量为零的以太中传播。阿尔伯特·迈克尔逊与他的化学家同事爱德华·莫雷用迈克尔逊本人设计的干涉仪测量并比较了互相垂直的两束光在传播速度上的差异。实验结果说明，光在干涉仪两个相互垂直的臂上的行为是相同的，这使人们对传光以太的概念产生了怀疑——而基于这一点爱因斯坦在1905年提出了狭义相对论。ft　　英文

英国皇家学会为纪念迈克尔逊教授所写的悼词

我们非常遗憾地告诉大家：芝加哥大学杰出的物理学家迈克尔逊教授在5月9日与世长辞了。迈克尔逊教授最著名的工作大概要算他检测地球旋转对光速影响的完美实验。1929年末，他放弃了在芝加哥大学的职位，赴帕萨迪纳继续开展这方面的研究，据报道他已经完成了前期的测量工作。迈克尔逊教授先前曾在帕萨迪纳的威尔逊山天文台工作过，他和他的合作者们在1929年1月19日的《自然》杂志上发表了有关迈克尔逊–莫雷实验的文章，他们用装置图简单再现了这个为大家所公认的著名实验。后来得到的结果表明，假设太阳系以每秒300公里的速度在以太中运动，干涉条纹的位移不会超过预期值的1/15。1929年，迈克尔逊教授因在干涉测量法方面的贡献而被伦敦物理学会授予达德尔奖章。ft　　英文

我们很荣幸能在1926年1月2日《自然》杂志的“杰出科学家”系列介绍中发表奥利弗·洛奇爵士对迈克尔逊教授及其研究工作的评论。以下内容是我们从那篇文章中摘录出来的。ft　　英文

“阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊于1852年12月19日出生于波兰的斯特列罗。1854年，他随父母移居美国。年轻的迈克尔逊在旧金山读完高中后被指派到海军学院学习一直到1873年毕业，两年后他成为桑普森上将手下的一名物理和化学教员，并在此一直工作到1879年。后来他又为华盛顿的航海天文历编制局工作了一年，此时已是海军少尉的迈克尔逊走出了国门，先后到柏林大学、海德堡大学、法兰西学院和巴黎理工学校深造。他在1883年回到美国，随即成为位于俄亥俄州克利夫兰的凯斯应用科学学院的物理教授；6年后，克拉克大学邀请他担任该校的教授，他在那里一直工作到1892年芝加哥大学成立。迈克尔逊教授在这个新建的大学中担任物理学教授和物理系系主任。1925年6月，由于该大学新发展规划的需要，他荣幸地被提名为首位对社会有杰出贡献的教授。ft　　英文

“正是在克利夫兰工作的时候，迈克尔逊教授与莫雷教授合作进行了他们的实验；为完成这个实验，迈克尔逊教授发明了可以在相互垂直方向上使光线来回反射的干涉仪。后来他在巴黎用这个仪器测量了标准米，估计精度在1/2,000,000上下。ft　　英文

“在第一次世界大战期间，迈克尔逊教授重返海军服役，军衔为少校，他把自己全部的时间都用于研制适用于海军需要的新仪器，尤其是已经成为美国海军装备组成部分的测距仪。ft　　英文

“迈克尔逊教授获得了1907年的诺贝尔奖，他是第一位获此殊荣的美国科学家；在同一年，他还荣获了代表伦敦皇家学会最高荣誉的科普利奖章。ft　　英文

“1923年2月9日，迈克尔逊教授被授予皇家天文学会金奖；《自然》杂志在第111卷的第240页上刊登了皇家天文学会主席爱丁顿教授在颁奖仪式上对其获奖原因的简短说明。ft　　英文

“迈克尔逊曾经涉足过物理学的许多领域，但他在光学领域，最前沿的光学领域所取得的成就最为突出。在这个领域中，他可以被认为是已故瑞利勋爵的所有弟子中成果最丰硕和最优秀的一位，因为他的发明是建立在透彻理解衍射、干涉原理以及分辨率的基础上的；而他在实践上的伟大成就就是能够充分运用这些知识的结果。迈克尔逊似乎对所有与光干涉相关的现象都有一种特别的直觉，在这个特定领域中他对精确测量的判断力是无人能及的。在他眼中，自己早先发明的干涉仪远远不只是一部干涉仪。他利用干涉仪根据光的波长测定了标准米，得到的结果非常精确，可以让几百万年以后的子孙重新构建当今流行的计量标准，只要他们愿意。他还利用干涉仪分析了谱线的复杂结构，并且完美地测定了不可见物体的形状和大小，这些不可见物体对于视力正常的人来说，即使借助大倍率望远镜也只能看到几个光点。ft　　英文

“1890年7月，迈克尔逊在一篇发表于《哲学杂志》上的优秀论文中提到了干涉法在天文学中的应用。他非常清楚望远镜的分辨力取决于其孔径的大小，而从本质上看，像的形成是一种干涉现象；点像的精确性以及与此相关的轮廓清晰度取决于物镜的尺寸。但他指出，如果孔径受到对面边缘狭缝的限制，则不能形成与物体类似的实像，而来自两个狭缝的光束只能形成干涉带，通过研究这些干涉带推出的有关光源的信息要比我们从观察图像本身得到的信息多很多。例如，假设有一对相离很近的双星，并假设物镜上的狭缝是可移动的，它们可以靠得更近，也可以相距整个孔径那么大的距离。使两个狭缝逐渐远离就能实现条纹从可见到不可见的周期变化；条纹的首次消失将告诉我们，恒星两组分之间的距离（乘以狭缝间的距离，除以双星到地球的距离）等于光的半波长。也许双星之间的距离过于接近，以至于我们从未观测到它们是分开的两颗星，但我们已经可以推测出该恒星是一对双星；通过对可见度曲线的进一步研究，我们还可以推断出双星的相对亮度以及它们相对于我们视线的位置。ft　　英文

“此外，除了观察恒星以外，我们还可以将装有狭缝的望远镜对准一颗星盘很小、用普通测量方法难以观测到的行星，来自星盘的光在适当的干涉仪中或由望远镜改装成的干涉仪中形成干涉条纹，根据这些条纹的变化情况可以估算出星盘的尺寸。ft　　英文

“迈克尔逊本人把自己的方法应用于天文学领域激起了人们极大的兴趣，他得到了加州帕萨迪纳威尔逊山天文台的工作人员的帮助，并使用了安装在那里的孔径可达百英寸的望远镜，考虑到这一点，在此引述他在1890年论文中的部分结论也许是一件有意思的事情：

“‘（1）在适当条件下，如果干涉现象的产生源于有限强度光源发出的光，那么随着光源尺寸的增加，干涉现象就会逐渐变模糊，当光源所张的角度等于等效孔径望远镜所能分辨的最小角度乘上一个常数因子时，干涉现象将最终消失，这个常数因子取决于光源中光的状态和频率分布以及干涉现象消失的量级。

“‘（2）通常用于测量条纹相消的方法有很高的精确度，其单次测量所得结果的精度是等孔径望远镜的50至100倍。’ft　　英文

“‘如果在比较靠近我们的恒星中存在着一个与太阳大小差不多的恒星，那么它所张的角度将大约是1/100角秒；而观测这么小的角度需要10米的距离，望远镜物镜的直径完全可以达到这么长的距离，这个距离对于折光仪来说也毫无问题。然而，恒星所张角度大大高于1/100角秒的情况未必不可能出现；获得这些遥远发光体实际尺寸的有用信息是有可能的，而且值得人们投入时间、精力和耐心，而完成该项工作也需要这样的投入。’ft　　英文

“在当时几乎无法希望，当然也没有理由期望，恒星的星盘能够大到足以感知和测量的地步，即便是采用孔径为30英尺的虚拟望远镜，不过一些最接近我们的恒星也许可以除外。然而，可能存在巨星的想法进入了我们的视野；爱丁顿提出了那个著名的猜想，即像参宿四这样的恒星必然会处在极高温度下的高度稀薄状态，它在光压的作用下将膨胀到几乎与整个太阳系相近的尺寸，尽管它含有的物质不可能比太阳上的物质多多少，也就是太阳的2倍或5倍。简言之，他的结论是，从一颗类似于参宿四的年轻红巨星的光谱判断，它不可能在强烈地辐射能量。然而为什么我们很容易看到这样的天体呢？原因只能是它具有特别大的尺寸，而它的密度可能仅为空气密度的1/1000。爱丁顿利用根据自己提出的恒星构造理论得到的数据估算出了这个恒星的直径。ft　　英文

“于是迈克尔逊和他的合作者们开始熟练地操作干涉仪进行研究。1920年12月13日，在经过了多次调试之后，皮斯博士在威尔逊山上用迈克尔逊的装置首次测出了一颗恒星的直径，测量的恒星正是参宿四。可以观测到由恒星形成的干涉条纹，令物镜逐渐分离，当物镜之间的距离越来越远时，肯定会出现那个令人欣喜的时刻，目端的干涉条纹逐渐变模糊直至最终消失。这时用物镜之间的距离乘以一定的比例就得到了这颗恒星的角度大小——这在世界历史上还从未被人观测到过。根据对恒星距离的估计可以算出它的实际直径，从而验证了爱丁顿的预言！ft　　英文

“后来又测量了其他的恒星，发现那些巨星果然具有很大的体积。再者，这种已经传到后人手中的仪器功能非常了得，在用这种功能十分强大的新方法分析天体和原子发出的辐射时，我们简直不知道它是否有做不到的事情。ft　　英文

“然而，适用于观察天体的仪器规格并不适用于原子。原子辐射光谱是由光栅得到的；瑞利发现棱镜分光镜的分辨率可近似表示为玻璃可用厚度的厘米数，也就是说，为了达到更高的清晰度或分辨率，我们必须用到与大量波长延迟有关的干涉现象。迈克尔逊意识到也许可以利用延迟原理制成一个光栅，这个光栅既具有自己的特殊功用又具有棱镜的分辨能力。也许可以用一片厚度为1厘米或更厚的玻璃实现所需的几千个波长的相位滞后，由此获得以前无法想象的清晰度和分辨率。于是迈克尔逊设计出了由厚玻璃片组成的阶梯光栅分光仪，每一个玻璃片都比另一个约长出1毫米，这种阶梯状的分光镜现在已经成为检测谱线精细结构的常规仪器。ft　　英文

“然而，大家普遍认为迈克尔逊最著名的成就是利用干涉仪来测定地球在以太中的运动，如果这种运动是存在的。人们预期其速度的数量级大概为光速的1/10,000；但由于光在仪器中所走的路线是连续往返的，有一半的光束可以尽可能地与假想的以太流方向一致或相反，而另一半光束的行进方向与此垂直，测量出来的结果不该是1/10,000，而应是1/10,000的平方；换言之，观测者要测量的是这个量的1/100,000,000——这绝非易事。干涉仪被放在浮于水银表面的石板上，在整个观测过程中的操作都非常小心。最后得到的结果是零；后来这个零成为壮观美丽的相对论大厦的基石。”ft　　英文

（沈乃澂　翻译；张泽渤　审稿）