迈克尔逊为什么感到遗憾

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【摘要】：爱因斯坦当面表示了对迈克尔逊的敬佩。1852年12月19日，迈克尔逊出生在波兰的一个名为斯特列罗的小镇。迈克尔逊不服气，决心要进海军学院。1873年，迈克尔逊从海军学院毕业后，被任命为海军学院的物理教师。这就是说，迈克尔逊实验证实：根本没有“以太”，“以太”完全可能是科学家自己想象出来的一种实际上并不存在的东西。迈克尔逊还想再做一次实验以证实以太的存在。但迈克尔逊却又不太热衷这个实验，他估计还是会得到否定的结果。

1　迈克尔逊为什么感到遗憾

我的实验竟然对相对论这样一个“怪物”起了作用，真是令人遗憾。

A.迈克尔逊

迈克尔逊（1852—1931）是美国伟大的实验物理学家，他的光学实验极其精确，由此获得了1907年诺贝尔物理学奖。

美国物理学家迈克尔逊，1907年获得诺贝尔物理学奖

1931年，爱因斯坦（1879—1955，1921年获得诺贝尔物理学奖）到美国时，专门去拜会了迈克尔逊，那时迈克尔逊79岁，身体多病，是他生命的最后一年。爱因斯坦当面表示了对迈克尔逊的敬佩。他说：

我尊敬的迈克尔逊博士，您开始工作时，我还是一个小孩子，只有一米高。正是您，将物理学家引向新的道路。通过您的精湛的实验工作，铺平了相对论发展的道路。您揭示了光以太理论的隐患，激发了洛伦兹和菲兹杰诺的思想，狭义相对论正是由此发展而来。没有您的工作，这个理论今天顶多也只是一个有趣的猜想，您的验证使之得到了最初的实验基础。

迈克尔逊听了爱因斯坦的称赞后，说：

我的实验竟然对相对论这样一个“怪物”起了作用，真是令人遗憾。

这时迈克尔逊已经79岁了，他是不是老糊涂了？因为到1931年的时候，相对论早已被全世界科学家接受了，而且获得了极高的声誉，爱因斯坦本人因此在1921年获得了诺贝尔物理学奖。在这种情形下，迈克尔逊不仅不为自己对相对论有所贡献感到高兴，反而感到“遗憾”，岂不让人“丈二和尚，摸不着头脑”吗？

要想弄清这件事的来龙去脉，我们还得从头讲起。

海军学院的学生

1852年12月19日，迈克尔逊出生在波兰的一个名为斯特列罗的小镇。他的父亲是一个经营纺织品商店的老板，母亲也是商人的女儿。

19世纪中期，由于欧洲的经济危机和政治动乱，许多欧洲人都向美国迁居。迈克尔逊的几个姑妈都在美国，因此，他们全家也决定于1856年迁往美国，那年迈克尔逊只有4岁。他们先乘远洋轮船到巴拿马，然后乘火车、独木舟，骑骡子……最后到达旧金山。

读中学时，迈克尔逊因家中经济不宽裕，学习之余常为学校清理物理仪器，每月可得到3美元的报酬。中学校长伯拉雷先生对光学很有兴趣，常常给迈克尔逊讲解奇妙的光学现象，这使迈克尔逊对科学，尤其是对光学有了极大的兴趣。迈克尔逊一生不忘伯拉雷校长对他的启发引导。他曾经在回忆文章中写道：

伯拉雷校长是一位了不起的人，我非常感谢他对我严格彻底的训练。他喜欢我，对我的训练非常严格，特别是在数学方面。当时我并不喜欢这样，因为太艰苦了！但后来我十分感激这种训练。

迈克尔逊16岁时中学毕业，是班上年龄最小的一个。考什么大学呢？迈克尔逊征求伯拉雷校长的意见。校长说：

你可以报考安纳波利斯海军学院，我们学校有一个名额。

迈克尔逊问：

您为什么以为那儿好呢？

那儿可以受到很好的实验训练，尤其是光学实验。另外，在海军学院读书可以得到生活费、旅费补助。毕业后工作没问题，待遇也不错。

迈克尔逊听了校长的建议，报考了海军学院。他考得很好，名列前茅。但是，本应属于他的这个名额，却被一位议员开后门给了别人。迈克尔逊不服气，决心要进海军学院。于是他在亲人和朋友的帮助下，凑齐了路费，亲自到华盛顿去见当时的美国总统格兰特，申明自己的情况和决心。

格兰特总统在白宫接见了迈克尔逊，对这位年轻人的决心和勇气十分欣赏，竟然破例允许他进入海军学院。

以后，迈克尔逊常常骄傲地说：

我一生的事业，就是从这次“不合法”的行动开始的。

著名的迈克尔逊实验

1873年，迈克尔逊从海军学院毕业后，被任命为海军学院的物理教师。这时，他对在实验室测量光的传播速度有强烈的兴趣。光传播的速度很快，每秒达30万千米。这么快的速度简直难以想象。难怪迈克尔逊说：

光速的数值大大超越了人们的想象力。但是，我想还是可以想办法用极精确的方法将它测量出来。因此，测量光速对我是一件非常吸引人和具有挑战性的工作。

1877年11月，他设计了一个很巧妙的方法，可以更精确地测出光速。可惜他没有钱购买仪器设备。幸亏他的岳父很富有，也很支持他的研究，送给他2000美元购置设备。有了这笔当时是不小的赠款，迈克尔逊才顺利地在1878年完成了实验。这次实验，由于他把光速测得很准确，因此引起了全世界科学家的重视。

他家乡的人对迈克尔逊的成就感到非常自豪。在当地报纸上，还专门刊登了一则消息：

本地布商萨缪尔的儿子迈克尔逊海军少尉，由于在测定光速方面有惊人发现，引起了人们广泛的重视。

正在这时，全世界物理学家都在关心“以太”的问题。物理学家们都认为光是靠一种媒质“以太”传播的，但“以太”又十分神秘，很不容易找到它。很多实验室都想寻找“以太”，但都没有结果。迈克尔逊这时测量光速出了名，很多人劝他：

迈克尔逊正在用他的仪器做实验

你的仪器是世界第一流的，如果你用实验寻找“以太”，那是再合适不过的了。

迈克尔逊一听，觉得很有道理，于是下决心从事寻找“以太”的实验。

到1887年，迈克尔逊用当时最先进的光学仪器，寻找“以太”已经好几年了，但一直找不到这个神出鬼没、来去影无踪的东西。他在一年不同的时期，如春夏秋冬，重复他的实验，但是不管他如何努力，就是找不到“以太”的一丝踪迹。

有人说：

也许迈克尔逊的实验设计有缺点。

但是，经过最仔细、最挑剔的分析，迈克尔逊的实验几乎没有任何设计上的失误。这就是说，迈克尔逊实验证实：根本没有“以太”，“以太”完全可能是科学家自己想象出来的一种实际上并不存在的东西。

美国物理学家密立根（1868—1953，1923年获诺贝尔物理学奖）当时认为：

迈克尔逊的实验结果是一个不合道理的、看上去无法解释的实验事实。

荷兰物理学家洛伦兹（1853—1928，1902年获得诺贝尔物理学奖）说：

我真不知道应该如何看待迈克尔逊的结果，是不是他的实验还有漏洞？

英国物理学家瑞利（1842—1919，1904年获得诺贝尔物理学奖）叹气说：

迈克尔逊的实验结果真令人扫兴。

我个人仍然保持怀疑

迈克尔逊虽然用他闻名于世的实验证实了“以太”根本不存在，但他本人，直到他去世的时候都没有放弃“以太”。在他晚年，还经常提到“可爱的以太”。在去世前4年出版的最后一本书上，他还写道：

虽然相对论已被普遍接受，但我个人仍然保持怀疑。

我们知道，迈克尔逊1931年去世，那么上面那段话应该是1927年写的。到1927年，相对论早已被认定是20世纪最伟大的理论了，而迈克尔逊却坚持不承认相对论，这种极端的保守态度真令人感到惊讶。他不但不为自己曾对相对论作出了贡献而高兴，相反却感到遗憾。

但是，也有不同的说法。美国传记作家布莱恩（Denis Brian）在1996年出版的《爱因斯坦传》里，却写下了几乎完全不同的结局。布莱恩在写到爱因斯坦1922年第一次访问美国时这样写道：

接着，爱因斯坦与（芝加哥大学）物理系主任迈克尔逊见了面。迈克尔逊还想再做一次实验以证实以太的存在。这样，一来可以检验爱因斯坦的理论，二来可以提高这所大学在公众中的地位。但迈克尔逊却又不太热衷这个实验，他估计还是会得到否定的结果。爱因斯坦却鼓励他再做一次，虽然他也认为只会出现否定的结果，但是希望这样一方面可以让迈克尔逊接受相对论，另一方面也可以由此进一步说服美国物理学家，让他们接受相对论，因为那时许多美国物理学还处于非常落后的状态，大多数物理学家仍然故步自封，只承认经典物理学的思想，认为以太肯定是存在的。

六年以后，迈克尔逊出版了一本书，在书中他尽力支持爱因斯坦：“相对论最值得信赖和最有价值的地方是，它不仅为已知的现象提供解释，而且预言和发现了新的现象。因此，这个理论应该被普遍接受，尽管还有许多结果可能会出现一些悖论。

这些不同的说法，我们都要认真对待，不可偏颇。迈克尔逊是一位伟大的实验物理学家，这是大家都承认的，他终生从事光学精密实验，为科学发展作出了卓越的贡献。但在对待物理学发展的态度上，他也的确不太容易接受新的物理思想。他经常自信地对人说：

物理学的发展，只能通过精密测量得到，只能在小数点以后的第6位数上寻找。

精密的实验对物理学的进步当然很重要，但是，如果没有理论上的指导，精密测量就有可能会失去意义。例如，迈克尔逊自己把光学实验做得非常精密，属于世界第一流的，但并不能使物理学发生重大的、突破性的进展。

爱因斯坦说得好：

是理论决定你观察到什么。

这是什么意思呢？每个人在实验中观察测量时，他脑子里一定事先有一种想法（广义地说，所谓想法就是一种理论），这种想法支配你如何进行观测。打个浅显的比方，如果你对天上的云事先没有任何理论知识，你向天上看了好半天，也许什么也看不出来，只知道云彩在天空变化万千，天马行空，绚丽多彩。如果你知道许多天气知识，你向天上多看几眼，就可能说出今天、明天的气象：有没有雨，有没有风……这就是“理论决定你观察到什么”。