迈克尔逊-莫雷实验——压垮“以太”学说的最后一根稻草
迈克尔逊-莫雷实验——压垮“以太”学说的最后一根稻草
**“以太”是一个科学历史上的名词，相信很多人都听说过。自20世纪初“以太”学说被科学界的主流彻底抛弃至今，已逾一百年。但时至今日，依然有人相信“以太”的存在。不可否认，神秘的“以太”学说主宰了近代科学史几个世纪，自然有它存在的合理性，直到19世纪末20世纪初爱因斯坦时代的到来，它才被彻底推翻。在反对者中，最著名的人物有恩斯特·马赫、爱因斯坦等人，而在支持者中也不乏著名人物，如亨德里克·洛伦兹和乔治·菲茨杰拉德等人。
最早的“以太”是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质，起初仅运用在哲学范畴。亚里士多德认为，物质元素除了水、火、气、土以外，还有一种居于天空上层的以太，所以它带有很强的神秘主义色彩。后来人们逐渐增加了以太的内涵，并逐步引用到了物理学中，成为物理学历史上一种假想的物质观念。17世纪30年代，法国哲学家勒内·笛卡尔为了解释天体的运动，假设整个宇宙都弥漫着稀薄的以太并形成漩涡，而行星就在旋转的以太漩涡里运动。
当1687年牛顿提出了更为严谨的引力和行星运动定律后，笛卡尔的观点被推翻了。此后，牛顿的定律在几乎两个世纪的时间里一直是物理学的基石，直到19世纪后期对于电的研究带来了另一套完全崭新的科学概念，给人们的思想造成了巨大的冲击。1860年，麦克斯韦抛开了牛顿力学，在法拉第等人的研究基础上，以全新的“场”的概念创立了电磁学理论。“场”概念被爱因斯坦称赞为“是物理学自牛顿以来最深刻的成果”。
麦克斯韦的电磁学理论说明了移动的电场和磁场可以相互转换，各自通过波动的形式转变为另一种形态。通过计算，麦克斯韦发现波的移动速度就是光速，随后他宣称“电磁波就是光”，而这可能是19世纪最具有划时代意义的一句话。但是，一个更大的问题随之而来：什么是波？光可以在真空中传播，但由于真空的定义是“无”，而波动需要弹性介质，但真空中一无所有，那么是什么东西在波动呢？
为了回答这个问题，牛顿学派的物理学家重又提出了“以太”的概念，认为光波是在充满整个宇宙的、人眼不可见的“以太”中振动进行传播的。这样，以太就成了一个绝对的参考系，一切物体的速度都参照它而测量出。然后渐渐地，在一些物理学家的质疑声中，“以太”逐步被支持的物理学家们赋予了一些越来越神奇而又怪异的属性。比如说，声波属于一种波，当介质的密度越大时，声波的传播速度越快，水中的声速大于空气中的声速，钢中的声速大于水中的声速。类似的，光波的速度是每秒30万千米，那么，以太作为一种传播介质，密度必须非常非常致密，光波才可能达到这样的速度。但这怎么可能呢？
从另一方面考虑，以太必须还要比空气轻，这又成为一种不可能。渐渐地，物理学家们为了证明光波确实是在以太中传播的，就对以太的概念修修补补，使得以太成为了一种神话般的物质：密度堪比钻石、没有重量、绝对静止、粘滞度为零、肉眼不可见、任何仪器都不可测。到这时，“以太”学说越来越难以自圆其说，而像爱因斯坦这类的物理学家都很清楚“以太”学说的漏洞，这些漏洞绝不是通过修修补补就可以解决问题的，它存在致命的缺陷，所以必须要推翻“以太”学说。
同样地，马赫也对以太学说和牛顿的绝对空间和绝对时间提出了批评，他认为谁也没能找到哪怕一丁点能够证明以太存在的直接或间接的证据。1887年，物理学家阿尔伯特·迈克尔逊和爱德华·莫雷做了一系列实验，试图用最精密的测量来寻找以太的属性。他们提供分析，如果宇宙空间充满以太并绝对静止，地球在以太中运行，会造成“以太风”，因此光速也会因地球的运行方向而发生变化。这就如同人在无风的环境中跑步也能感觉到有风一样，或者人在顺风、逆风或侧风中跑步，身体都会受到影响。
迈克尔逊-莫雷实验设计得很聪明，将两束光线相互之间呈直角射出，通过镜片将光线反射回光源。根据以太理论，这两道光应该以不同的速度运动。比如说，一道光线如果是顺着地球运动方向，那么另一道光线是与地球运动所造成的“以太风”呈90度。这样一来，当两束光返回到光源时，其波动必然不会同步。实验结果让两位物理学家很兴奋，他们发现所有光线的速度是相同的，无论测量装置指向何方。这意味着，根本不存在“以太风”，而且光速恒定不变。
事实已经很清楚了，根本不存在所谓的“以太”，迈克尔逊-莫雷实验成了压垮“以太”学说的最后一根稻草。尽管包括荷兰物理学家洛伦兹和爱尔兰物理学家菲茨杰拉德在内的很多物理学家，作出了巨大努力试图拯救以太理论，但也只能小修小补根本无济于事。爱因斯坦认为，以太理论近乎神话，存在太过人工和做作的痕迹。根据类似于“奥坎姆剃刀理论”这样的原理，以太理论必然逃不掉被剥离的命运。最终，在20世纪初爱因斯坦提出狭义相对论之时，“以太”学说被物理学界的主流彻底抛弃。
（注：“奥坎姆剃刀”原理的意思是，科学及哲学中的规则，最简单者最可取，未知现象的解释应首先建立在已知的东西上。）