三、邁克耳孫—莫雷實驗

按照一百多年前人們的認(rèn)識，如果光是波，那么傳播光波的介質(zhì)就一定是“以太”。為了觀測以太是否存在，1887年邁克耳孫與莫雷合作，在美國進(jìn)行了所謂邁克耳孫—莫雷實驗（見圖1-8）。實驗原理如下：

圖1-8 邁克耳孫—莫雷實驗原理示意圖

就像你在無風(fēng)日子騎自行車會感受到迎面吹來的“迎面風(fēng)”一樣，如果宇宙空間中存在以太，那么假設(shè)以太是以靜止的方式平均分布的話，那么地球以每秒30公里的速度圍繞太陽運動，地球就一定會遇到以每秒30公里速度迎面吹來的“以太風(fēng)”。

就像你在奔馳著的敞篷汽車中去測量汽車上的風(fēng)扇吹出來的風(fēng)速時，“汽車的迎面風(fēng)”一定會對風(fēng)扇吹出來的“風(fēng)扇風(fēng)”的速度產(chǎn)生影響一樣，在地球穿越宇宙空間時遇到的“迎面吹來的以太風(fēng)”，就一定會對在地球上以不同方向發(fā)出的“地球上的以太風(fēng)”的速度產(chǎn)生影響，因此如果你在地球上相對于地球迎面吹來的以太風(fēng)的側(cè)向、迎向、背離方向去測量地球上發(fā)出的以太風(fēng)時（即測量地球上的光波的速度），那么你所測量到的光速應(yīng)該是不同的。

下面，以通俗易懂的方式說明“邁克耳孫—莫雷實驗”原理。

想象一下，有A、B兩條速度一模一樣的船在一條寬為1千米的河流上在同一地點同時出發(fā)航行。A船的任務(wù)是順流而下1千米，然后再逆流返回原地。B船的任務(wù)是橫渡1千米的河流，然后再橫渡回來。因為順流、逆流與兩次側(cè)向水流對船體的綜合阻力影響會有微小差別，所以得到的實驗結(jié)果是：假設(shè)A船用了30分鐘完成了任務(wù)，那么B船就用了29分鐘。因為地球相對于靜止的以太運動產(chǎn)生的“以太風(fēng)”，就如同是穿行在流動著的“以太河流中”一樣，因此如果存在以太，那么在地球上的不同方向上去測量地球上的光波速度就如同測量A、B兩條船向不同方向的航行一樣，光速應(yīng)該存在些許差異。

然而，邁克耳孫—莫雷實驗卻證明：無論你是側(cè)向或順逆方向去測量光速，所測得的光的速度都一模一樣。在邁克耳孫—莫雷實驗之后，科學(xué)界又經(jīng)過多次不同方式的檢測，最終得出了確定的驚人結(jié)論：宇宙中并不存在一個承載光波介質(zhì)的“以太”。

光波不是以太的波動又是什么的波動呢？