三、邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)

按照一百多年前人們的認(rèn)識(shí)，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(cè)以太是否存在，1887年邁克耳孫與莫雷合作，在美國(guó)進(jìn)行了所謂邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)（見圖1-8）。實(shí)驗(yàn)原理如下：

圖1-8 邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)原理示意圖

就像你在無風(fēng)日子騎自行車會(huì)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(yùn)動(dòng)，地球就一定會(huì)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(cè)量汽車上的風(fēng)扇吹出來的風(fēng)速時(shí)，“汽車的迎面風(fēng)”一定會(huì)對(duì)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(shí)遇到的“迎面吹來的以太風(fēng)”，就一定會(huì)對(duì)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(duì)于地球迎面吹來的以太風(fēng)的側(cè)向、迎向、背離方向去測(cè)量地球上發(fā)出的以太風(fēng)時(shí)（即測(cè)量地球上的光波的速度），那么你所測(cè)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(shí)驗(yàn)”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(diǎn)同時(shí)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?yàn)轫樍鳌⒛媪髋c兩次側(cè)向水流對(duì)船體的綜合阻力影響會(huì)有微小差別，所以得到的實(shí)驗(yàn)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?yàn)榈厍蛳鄬?duì)于靜止的以太運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的“以太風(fēng)”，就如同是穿行在流動(dòng)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(cè)量地球上的光波速度就如同測(cè)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(shí)驗(yàn)卻證明：無論你是側(cè)向或順逆方向去測(cè)量光速，所測(cè)得的光的速度都一模一樣。在邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)之后，科學(xué)界又經(jīng)過多次不同方式的檢測(cè)，最終得出了確定的驚人結(jié)論：宇宙中并不存在一個(gè)承載光波介質(zhì)的“以太”。

光波不是以太的波動(dòng)又是什么的波動(dòng)呢？