可是沒有以太#

如果以太存在,會怎樣?#

回顧伽利略的結論:在勻速運動的船上做力學實驗,無法判斷船是否在動。但如果以太存在,情況就不同了——你可以在船上做電磁學實驗來檢測運動。

關鍵推理:

  • 地球繞太陽公轉,相對於以太肯定在運動
  • 如果以太存在,地球不同方向上的光速應該略有不同(順著以太「風」快,逆著慢)

邁克爾遜-莫雷實驗(1887 年)#

邁克爾遜(Albert A. Michelson)和莫雷(Edward W. Morley)設計了一個精密的干涉儀實驗:

  • 將一束光分成兩束,分別沿垂直方向傳播後再匯合
  • 如果兩個方向上的光速有微小差異,匯合時會產生干涉條紋的移動
  • 實驗精度足以探測到地球公轉速度(約 30 公里/秒)帶來的影響

實驗結果#

  • 光速在所有方向上完全相同
  • 沒有任何干涉條紋的移動
  • 無論地球朝哪個方向運動,測得的光速都一樣

這個實驗徹底否定了以太的存在,同時證實了三件事:

  1. 光不需要介質就能傳播
  2. 勻速運動真的無法與靜止區分——不僅力學實驗不行,電磁學實驗也不行
  3. 光速與觀測者的運動狀態無關

物理學家的困惑#

以太被否定後,「光速相對於誰」這個問題變得更加棘手:

  • 沒有以太作為參考系
  • 光速似乎對所有人都一樣
  • 所有物理學家都困惑了——沒有人能給出答案

答案將來自一個當時才 8 歲的男孩——阿爾伯特·愛因斯坦。