骑着自行车赶路时,我们常感到清风袭面,格外惬意;乘船在大海里行进时,我们也可以看到水流在哗哗地后退,这些都是我们相对于空气或水运动的结果。在浩瀚的“以太海洋”中,地球就像一艘巨轮,带领着我们“乘风破浪”,驶向一个未知的彼岸。然而就像无风的晴朗日子乘坐敞篷车郊游一样,我们应能“感到”袭面而来的“以太风”,并且这种“风”不仅在地面上流动,还可以在地球内部流动,也可以在我们身体内部以及地球上一切物质的内部流动。如果以太总是相对于“宇宙中心”静止,那么我们在地球上测得的以太风速就应当等于地球的绝对运动速度!
向流动的小溪中投一小块石子,激起的环状水波一边不断地扩大,一边随着流水向下游漂去(请注意水波圈中心位置的变化),如果我们考察水波相对于岸边的传播速度,就不难发现:水波向溪流上游的传播速度将比向下游的传播速度慢。既然以太是电磁波的媒介物质,那么当以太相对地球流动时必定会引起电磁波或光传播速度的类似变化,根据经典的速度合成法则,若“静止”以太中的光速是c,而地球上以太风速度大小为u(即地球绝对速度),逆向以太风的光速应是(c-u),顺着以太风传播的光速应是(c+u),而垂直于以太风向两侧传播的
怎样才能观察到光速的上述变化呢?由于光速巨大,直接测量光速然后进行比较的办法是行不通的。1901年,当时还在美国海军军官学校任教官的迈克尔逊设计了一个绝妙的实验。他将一束光线一分为二,分别向两个垂直的方向传播,然后再将这两束光通过平面镜反射回来进行叠加,由于它们是同频率的光波,所以叠加时会出现干涉现象,如果平面镜稍稍偏转,两束光线叠加后就能形成类似空气劈尖干涉的条纹。设想这套装置按照一定的方位摆放时记录到了某个干涉条纹,将整个装置旋转,由于以太风对光传播影响的改变,两束光线的速度也会相应地改变,从而导致叠加光线的光行差改变,干涉条纹定会发生移动。
但是,迈克尔逊及其同伴莫雷几乎耗尽了毕生精力,不断地改进实验装置、提高实验精度,不断的改变进行实验的地理位置,却从未观察到过干涉条纹的移动。
巧妙、缜密的迈克尔逊—莫雷实验“失败”了,也可以说想了解地球绝对速度的希望完全破灭了。但如何解释出于迈克尔逊—莫雷实验的意外结果?
以太的信徒们找了一个牵强的解释。他们说,就像在密闭的船舱里感受不到阵阵海风,也看不到水缸里的水向后流动一样,地球附近的以太将随着地球一起运动,所以在地球上检测不到“以太风”是正常的。这个解释对牛顿的绝对运动思想无疑是“釜底抽薪”,而且严重地与18世纪英国天文学家布拉德列发现的光行差现象相矛盾。
所谓“光行差”,就是从地面上看到的恒星位置(视位置)与恒星的真实位置稍有偏移的现象。下雨天乘汽车外出,向车窗外看去,即便在完全无风的日子里,雨点也是从斜前方滴落的。这显然是由于汽车相对于空气运动而引起的。站在地面上的人相对空气说来是静止的,在他看来,雨点就是垂直下降的。如果我们把地球比喻成是汽车,以太比喻成为空气,而把恒星射来的光线比喻成为雨点,那么,若是地球相对于以太在运动的话,地面上看到的星光就应该恰如雨滴一般从斜前方照射过来。结果,人们果真发现恒星的视位置比真位置稍往前偏移。于是,这个光行差现象一直被认为是以太在地面上流动的有力证据。
还有许多学者提出了各种各样的假说,来维护绝对运动思想、解释迈克尔逊的实验结果。其中最有名的要数荷兰物理学家洛仑兹的想法。他认为“以太风”会使一切实物原子沿运动方向压扁(洛仑兹收缩),而且会使时钟走慢,并由这两个假设得出结论:客观自然的造化,使我们不论采用何种方法都无法检测到以太风。
洛仑兹的假说勉强解释了迈克尔逊实验结果,但种种离奇的假说像是一连串牵强附会的神话,远远偏离了人们对自然规律简洁、朴实的认识。澳大利亚物理学家马赫看到了迈克尔逊的否定结果后,果断地说道:
“让我们抛弃偏见的时候已经到了,以太这个怪物是根本不存在的。”
骑着自行车赶路时,我们常感到清风袭面,格外惬意;乘船在大海里行进时,我们也可以看到水流在哗哗地后退,这些都是我们相对于空气或水运动的结果。在浩瀚的“以太海洋”中,地球就像一艘巨轮,带领着我们“乘风破浪”,驶向一个未知的彼岸。然而就像无风的晴朗日子乘坐敞篷车郊游一样,我们应能“感到”袭面而来的“以太风”,并且这种“风”不仅在地面上流动,还可以在地球内部流动,也可以在我们身体内部以及地球上一切物质的内部流动。如果以太总是相对于“宇宙中心”静止,那么我们在地球上测得的以太风速就应当等于地球的绝对运动速度!
向流动的小溪中投一小块石子,激起的环状水波一边不断地扩大,一边随着流水向下游漂去(请注意水波圈中心位置的变化),如果我们考察水波相对于岸边的传播速度,就不难发现:水波向溪流上游的传播速度将比向下游的传播速度慢。既然以太是电磁波的媒介物质,那么当以太相对地球流动时必定会引起电磁波或光传播速度的类似变化,根据经典的速度合成法则,若“静止”以太中的光速是c,而地球上以太风速度大小为u(即地球绝对速度),逆向以太风的光速应是(c-u),顺着以太风传播的光速应是(c+u),而垂直于以太风向两侧传播的
怎样才能观察到光速的上述变化呢?由于光速巨大,直接测量光速然后进行比较的办法是行不通的。1901年,当时还在美国海军军官学校任教官的迈克尔逊设计了一个绝妙的实验。他将一束光线一分为二,分别向两个垂直的方向传播,然后再将这两束光通过平面镜反射回来进行叠加,由于它们是同频率的光波,所以叠加时会出现干涉现象,如果平面镜稍稍偏转,两束光线叠加后就能形成类似空气劈尖干涉的条纹。设想这套装置按照一定的方位摆放时记录到了某个干涉条纹,将整个装置旋转,由于以太风对光传播影响的改变,两束光线的速度也会相应地改变,从而导致叠加光线的光行差改变,干涉条纹定会发生移动。
但是,迈克尔逊及其同伴莫雷几乎耗尽了毕生精力,不断地改进实验装置、提高实验精度,不断的改变进行实验的地理位置,却从未观察到过干涉条纹的移动。
巧妙、缜密的迈克尔逊—莫雷实验“失败”了,也可以说想了解地球绝对速度的希望完全破灭了。但如何解释出于迈克尔逊—莫雷实验的意外结果?
以太的信徒们找了一个牵强的解释。他们说,就像在密闭的船舱里感受不到阵阵海风,也看不到水缸里的水向后流动一样,地球附近的以太将随着地球一起运动,所以在地球上检测不到“以太风”是正常的。这个解释对牛顿的绝对运动思想无疑是“釜底抽薪”,而且严重地与18世纪英国天文学家布拉德列发现的光行差现象相矛盾。
所谓“光行差”,就是从地面上看到的恒星位置(视位置)与恒星的真实位置稍有偏移的现象。下雨天乘汽车外出,向车窗外看去,即便在完全无风的日子里,雨点也是从斜前方滴落的。这显然是由于汽车相对于空气运动而引起的。站在地面上的人相对空气说来是静止的,在他看来,雨点就是垂直下降的。如果我们把地球比喻成是汽车,以太比喻成为空气,而把恒星射来的光线比喻成为雨点,那么,若是地球相对于以太在运动的话,地面上看到的星光就应该恰如雨滴一般从斜前方照射过来。结果,人们果真发现恒星的视位置比真位置稍往前偏移。于是,这个光行差现象一直被认为是以太在地面上流动的有力证据。
还有许多学者提出了各种各样的假说,来维护绝对运动思想、解释迈克尔逊的实验结果。其中最有名的要数荷兰物理学家洛仑兹的想法。他认为“以太风”会使一切实物原子沿运动方向压扁(洛仑兹收缩),而且会使时钟走慢,并由这两个假设得出结论:客观自然的造化,使我们不论采用何种方法都无法检测到以太风。
洛仑兹的假说勉强解释了迈克尔逊实验结果,但种种离奇的假说像是一连串牵强附会的神话,远远偏离了人们对自然规律简洁、朴实的认识。澳大利亚物理学家马赫看到了迈克尔逊的否定结果后,果断地说道:
“让我们抛弃偏见的时候已经到了,以太这个怪物是根本不存在的。”