1.5　小實驗戳破人們的想象

自從發現水波的傳播需要水、聲波的傳播需要空氣，物理學家們就想當然地以為太陽光的傳播也需要某種介質，這種介質被稱為“以太”。

以太并非新名詞，早在古希臘時期，亞里士多德就提出，世間萬物皆由水、火、土、氣四種元素組成，而天則由第五元素“以太”組成。后來，隨著“四元素說”被推翻，以太逐漸被人們遺忘。以太首先是哲學概念，而物理學家總是期望將它變成物理學概念。17世紀的笛卡爾是一個對科學思想的發展具有重大影響的哲學家，他最先將以太引入科學，并賦予它某種力學性質。在他看來，物體之間的所有作用力都必須通過某種中間媒介物質來傳遞，因此空間不可能是一無所有、空空如也的，它是被以太這種媒介物質所充滿的。也就是說，雖然以太不能被我們的感官所感覺，但它卻能傳遞力的作用，如磁力和月球對潮汐的作用力。之后根據牛頓的發現，以太充滿整個宇宙，無所不在、無色無味、絕對靜止，宇宙中的天體相對以太在做運動。這一度成為物理學界的共識?？上В冀K沒人能用實驗證明以太的存在。美國物理學家邁克耳孫曾是以太學說的忠實信徒，但是，一場科學報告讓他對此產生了懷疑。

邁克耳孫

1884年，治學嚴謹、不輕易外出講學的大科學家湯姆孫終于到美國來作報告了。報告那天，科學界人士濟濟一堂，大家紛紛擠到湯姆孫面前七嘴八舌、問這問那，自然也提到了那個玄妙的以太問題。湯姆孫搓著手說：“以太到底是啥東西，現在還不清楚。我們只知道地球是以約30千米每秒的速度繞太陽轉，那么迎面就應該有一股‘以太風’不斷吹來。如果誰能檢測到這股‘以太風’的存在，也就證明了以太的存在。”

聽到這番話，邁克耳孫心中一動，回來就開始琢磨起“以太風”來。他想到，地球就好比一葉扁舟以大約30千米每秒的速度在以太海洋里航行，如果把一束光分成兩束，分別向順著以太風的方向和垂直于以太風的方向發射，這就好像有兩個在河里游泳的人，一個橫渡河流，一個順流而下，這樣一來，他們的速度肯定會有所不同。同樣的道理，這樣兩束光的速度也肯定會有所差別，進入目鏡后就能形成干涉條紋。如果將儀器旋轉90°，因為兩束光所處的位置恰好對調，會形成另一種干涉條紋。

于是，邁克耳孫和莫雷一起設計了一個邁克耳孫干涉儀，它可以把一束光分成兩束，再將兩束光射向兩個不同的方向，最終再返回目鏡。通過目鏡觀察光線的干涉現象就可以確定光速的差別了。

他們在一年四季的所有日子，以及一天的白晝和夜晚進行觀測，還把儀器搬到高山上、山洞里、山谷里，甚至讓它隨著氫氣球升到高空中去檢測，但還是觀測不到預期的條紋變化，連千分之一的移動也沒有。這真是“上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不見”啊！結果只有兩個：要么是地球根本就不會動，要么是以太這東西壓根兒不存在。

地球不會動讓人無法理解，因為在整個太陽系里，天體之間都是相對運動的，而且天體本身也都有自轉現象，所以地球絕對不會是宇宙間唯一一個相對以太靜止不動的天體。況且，天體運動經哥白尼提出到牛頓最后證明，已經成為科學界的共識，是絕對不會錯的。因此，以太說有錯誤倒更合理，即，宇宙間壓根兒就不存在什么以太。

邁克耳孫本來是要以精確的實驗來為以太的存在提供證據，不想適得其反，卻從根本上否定了以太。一個小小的實驗居然戳破了人們想象中的理論，這是他始料未及的。

邁克耳孫的實驗結果一宣布，立即在物理學界引起了一場軒然大波，因為以太一旦被否定，就意味著已經伴隨人們200多年、指導物理學家做出無數發現的牛頓力學失靈了，經典物理學金碧輝煌的大廈居然出現了裂縫，這是很多人所無法接受的。于是，荷蘭的洛倫茲、法國的彭加勒等物理學權威，先后提出了拯救以太說的種種修正方案，總希望邁克耳孫的實驗能有另一種解釋，然而，這一切最后都被證明是徒勞的。