小实验捅破旧理论巧裁缝难补百衲衣.doc

小实验捅破旧理论巧裁缝难补百衲衣 　　上回说到普朗克等多位物理学家在布鲁塞尔高高兴兴地聚会，普朗克问爱因斯坦何不索性入伙，全力来攻量子论。爱因斯坦提醒他不要忘了物理学的天空上除“黑体辐射”外还飘着另一朵乌云。各位读者，你道这朵乌云是什么，这便是那权威的“以太说”，突然遇到了挑战 原来自从牛顿创立经典力学之后，这物理学的大厦真是金碧辉煌、美妙之极、无以复加。难怪当年普朗克的老师都劝他再不要在物理研究上打什么主意。牛顿力学是一把万能钥匙，好像凡自然界的现象都能用它一一解释。你看偌大个宇宙都在牛顿的手中掌握，伸手一指，那隐匿极深的海王星就赶快前来报到，再掐指一算，外出76年的哈雷彗星也要按时回来复命。另一面它又成功解释了我们生活中诸如拉车、走路、流水、刮风等鸡毛蒜皮的小问题。于是力学的分支越来越多，如流体力学、刚体力学、弹性力学等等，人们也越来越愿意把一切运动变化都归结为简单的力，如：“化学亲和力”、“生命力”、“光反射力”、“电接触力”等。仿佛世界上的一切都可以套用机械的力学来解释 牛顿的“力”这样神奇，那么它通过什么传递呢？推车得用手抓住车把，碧波荡漾离不开水，声波传播离不开空气。可是，地球离太阳一亿五千万公里，这之间既无水也无空气，太阳借什么媒介来施展自己的引力呢？物理学家们又想出一个假设，说宇宙间充满一种很稀薄的物质，天体或其他物体间的作用就靠它作媒介，笛卡儿借用古希腊的哲学名词，叫它为“以太”。此说一起，许多难题果然迎刃而解，引力靠以太传播自不必说，法拉第的电磁力也离不开它，麦克斯韦证明光也是一种电磁波，当然光的传播也就离不开它了。更重要的是，以太的存在正好说明牛顿的绝对时空观，有了这么一个绝对静止的以太才会有地球、太阳等一切相对于它的运动，要不那些星球的运动拿什么来参照？以太成了19世纪中期物理学家们最温柔的保姆，成了他们可以信赖的上帝 但是总有一些聪明、勇敢的人在一种迷信和一片虔诚中首先提出问题。这以太既然无处不有，为什么我们就感觉不到呢？另外，光波是一种横波，横波必得由固态介质传递，以太就该是固态了，但这样一来就等于我们被浇铸在一个透明的以太玻璃球里，可是又不影响我们随意的动作――这真是太不可思议了 有疑必定有问。事有凑巧，1884年，那个治学严谨，轻易不外出讲学的汤姆生终于被请到美国来做报告了。美国当时比起欧洲来科学很是落后，它就想方设法请名家来讲学，以后还重金聘请人才。汤姆生的到来自然是一大喜讯，报告那天科学界人士济济一堂。报告休息时大家又挤到这个世界名人跟前七嘴八舌地问这问那，自然也提到那个神秘的以太问题。汤姆生说：“以太到底是否真有其物，现在还不能定论。我们只知道地球是以每秒30公里的速度绕日运行，那么迎面就应该有一股以太风不断吹来。如谁能用实验证明了这股风的存在也就证明了以太的存在，但这要靠实验。”又是说者无心，听者有意。这时在人群里有一无名青年，听到权威汤姆生的这句话心中不由一动，一个新研究课题便咔嚓一声在脑子里挂上钩了 这个青年就是迈克尔逊（1852～1931年）。他原是德国人，2岁时父母带着他漂洋过海到美国来谋生。17岁时他考进海军学校，在海军服役期间省吃俭用积攒了一点钱，便于1881年到柏林、巴黎等地留学了两年，然后又重返美国。真是人各有好，迈克尔逊被光的各种现象迷得如醉如痴，在欧洲到处拜师访书，专解这方面的谜题。他在欧洲还亲自研制了一台可以测定微小长度、折射率和光波波长的光的干涉仪。就是用这台干涉仪他于1902年测算出了猎户星座一等变光星的直径为两亿四千万英里，大约是太阳直径的三倍，这是天文学史上第一次准确地测量星球。运用光来搞测量实在是迈克尔逊的拿手好戏 再说迈克尔逊在人群里听了汤姆生的话，心中一动，回来后就开始研究找以太的办法。他想地球这只小船在以太海洋里以每秒30公里的速度航行，我如果向逆着以太风的方向和垂直于以太风的方向同时射出一种东西，根据经典力学原理它们的合成速度肯定不同。如果能测出这种差别不就证明以太确实存在了吗？用什么东西来做这种实验呢？这当然是他得心应手的武器――光。他这样不断地研究改进，到1887年终于在与莫雷的合作下完成了物理学史上那个著名的实验。这年爱因斯坦才八岁，他万没想到一个物理学前辈现时正在为他向相对论进军扫清道路呢 迈克尔逊的实验装置是这样的：在一个大水银池中漂着一块坚固的大理石板，这是为了既能灵活转动又不致摇晃，从石板一侧发出的一束光打到石板中心的玻璃上。玻璃成斜角，上面有一半镀一层银，这样射来的光线就被分成两束，一束照直穿过，一束反射到与光线来路垂直的方向。这两束光走过相同的距离后分别在石板边的两面镜子上再反射回来，汇合在望远镜的镜头里。因为光线分成90°角，一束是逆以太而行，那一束必是垂直于以太而行，两束光的速度便应该有差别。这可以