以太風(fēng)的實驗就是 邁克爾孫-莫雷實驗
原本是想測量地球表面的以太的流動速度,沒想到測量結(jié)果小到實驗誤差的程度：位移僅為0.01,而計算應(yīng)為0.37.后來邁克爾孫把興趣放到了測量光速上,這次試驗結(jié)果也被認(rèn)為是不怎么樣的.邁克爾孫本人并不接受相對論,他臨死前還為自己的實驗導(dǎo)出了相對論這個怪物感到懊惱.
在1887年到1905年之間,人們曾經(jīng)好幾次企圖去解釋邁克爾孫——莫雷實驗.最著名者為荷蘭物理學(xué)家洛倫茲,他是依據(jù)相對于以太運動的物體的收縮和鐘變慢的機制,即收縮假設(shè).
然而,一位迄至當(dāng)時還不知名的瑞士專利局的職員阿爾伯特·愛因斯坦,在1905年發(fā)表的一篇著名的論文中指出,只要人們愿意拋棄絕對時間的觀念的話,整個以太的觀念就是多余的.幾個星期之后,一位法國最重要的數(shù)學(xué)家龐加萊也提出類似的觀點.愛因斯坦的論證比龐加萊的論證更接近物理,因為后者將此考慮為數(shù)學(xué)問題.通常這個新理論是歸功于愛因斯坦,但龐加萊的確在其中起了重要的作用.
值得注意的是
愛因斯坦的狹義相對論論文,并非起源于邁克耳遜-莫雷實驗.它由麥克斯韋電動力學(xué)應(yīng)用到運動物體上要引起似乎不是現(xiàn)象所固有的不對稱作為文章的開篇,通過引入狹義相對性原理和光速不變原理兩個公設(shè)以及同時性的定義,從而推導(dǎo)出長度和時間的相對性及其變換式,一舉說明了諸多現(xiàn)象.
在愛因斯坦于1905年完成狹義相對論論文的前期,正是洛倫茲和科恩這兩種理論之花爭香斗艷的時候,邁克耳遜-莫雷實驗已完成將近20年了.以往許多教科書和文章在介紹相對論的誕生時,都把上述背景看作是愛因斯坦創(chuàng)立相對論的基礎(chǔ)和出發(fā)點,這是不符合事實的.
愛因斯坦1954年2月9日給達(dá)文波特的信中說：“在我本人的思想發(fā)展中,邁克耳遜的結(jié)果并未引起很大的反響.我甚至記不得,在我寫關(guān)于這個題目的第一篇論文時(1905年),究竟是否知道它.對此的解釋是：根據(jù)一般的理由,我堅信絕對運動是不存在的,而我所考慮的問題僅僅是這種情況如何能夠同我們的電動力學(xué)知識協(xié)調(diào)起來.因此人們可以理解,為什么在我本人的努力中,邁克耳遜實驗沒有起什么作用,至少是沒有起決定性的作用.”愛因斯坦在其他場合幾次述說了同樣的觀點.
無論就愛因斯坦的思想發(fā)展和論文內(nèi)容來看,還是就他的個人品質(zhì)和為人來看,他的話都是可信的.至于有人說愛因斯坦的相對論是洛倫茲等人工作的直接繼續(xù),這也與事實不符.事實上,愛因斯坦當(dāng)時只不過是瑞土伯爾尼專利局的一名默默無聞的小職員,他既未處于當(dāng)時的科學(xué)中心,又與學(xué)術(shù)界知名人士沒有什么往來,對于科恩的理論和洛倫茲1895年后的論文他是不可能了解到的.這從下述事實不難看出.洛倫茲1904年的論文是在荷蘭的雜志發(fā)表的,德國皇家圖書館只有一本,而且只許借閱一天.當(dāng)時在柏林大學(xué)理論物理教研室作普朗克助手的勞厄還不得不向洛倫茲直接索要復(fù)印本,地位卑微的愛國斯坦怎么會有機會看到洛倫茲的文章呢?
愛因斯坦不像洛倫茲那樣,孜孜不倦地解決邁克耳遜實驗和其他實驗所提出的疑難,千方百計地彌合各種實驗與經(jīng)典理論的裂痕.愛因斯坦關(guān)心的是力學(xué)和電動力學(xué)形式上的不一致.在向他的既定目標(biāo)前進中,他既繼承了前人的思想精華,也摒棄了一些陳舊的傳統(tǒng)觀念.相對論的誕生也向我們證明了“這樣一個人物的天才和獨創(chuàng)性,他能夠一眼看穿那疑難重重、錯綜復(fù)雜的迷宮,領(lǐng)悟到新的、簡單的想法,使得他能夠吐露出那些問題的真實意義,并且給那黑暗籠罩的領(lǐng)域突然帶來清澈和光明.”
廣義相對論的三個實驗證實分別是：
1） 水星近日點的運動
2) 光在引力場中的偏轉(zhuǎn)
3） 光譜線的紅向移動（紅位移）