再回头说这个正在听汤姆孙做报告的青年就是迈克尔逊(1852—1931年)。他原是德国人,两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儿钱,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,在欧洲到处拜师访友,专解这方面的谜。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1920年测算出了猎户星座一等变光星的直径为2.4亿英里,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。
再说那天迈克尔逊在人群里听了汤姆孙的话,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30千米的速度航行,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年终于在莫雷的合作下完成了物理学史上那个很著名的实验。这年爱因斯坦才8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至摇晃。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,汇合在望远镜头里。因为光线分成90°角,一束是逆以太而行,另一束必是垂直于以太而行,两束光的速度便应该有差别,这可以根据它们在望远镜头里汇合时的干涉现象来确定。读者也许要问,光速这样快,你这块石板能有多大,就是有差别也难测出。但是你要知道,地球也在以每秒30千米的速度前进,那么逆着以太的光和横向的光每秒也应相差30千米。而迈克尔逊这个制造仪器的高手,他的干涉仪就是一亿分之一秒的光行差也能测得出来。
再说迈克尔逊和莫雷架起这台仪器,他们先测了一次,从望远镜里看正是最大亮度,这说明两束光是同时返回的,它们的速度相同。迈克尔逊又把仪器转一个角度,这块大石板在水银上极平稳灵活地滑动一下,镜头里的光仍是和刚才一样的亮。他真有点儿纳闷,干脆把石板轻轻推着绕着圈观察。可是无论他将仪器转成什么角度,看到的结果仍然不变。他眼睛都看疼了,便喊莫雷继续来看,莫雷又把那个石板像推磨似的推了几圈,喊道:“迈克尔逊先生,仍然看不出什么差别,怕是我们的仪器灵敏度不够吧!”
“不可能。这台仪器我已经把它调到连植物在一秒钟内的生长量都可以观察到。如果有以太存在,每秒30千米的光行差是一定能够反映出来的。”
“那就说明以太在随着地球做百分之百的移动,我们应该尽量离开地面,到高空试一试是否有以太飘移。”
但是迈克尔逊和莫雷把他们的装置搬到高山顶上,甚至随着氢气球上升到半空,还是测不出这种以太引起的光行差。结论只可能有两个:要么是地球根本就没有动,要么以太这东西根本就不存在,但无论哪一条都是一说出口都叫人目瞪口呆的新闻。这天体运动经哥白尼发现到牛顿最后证明是绝不能怀疑的。相比之下倒是以太说还有一点儿漏洞,看来宇宙间根本就不存在什么以太。迈克尔逊本是想以精确的实验为以太的存在提供证据,不想结果适得其反,却从根本上否定了以太。一个小小的实验却戳破了人们想象中的宇宙。
正是:
本欲门上去贴金,手指一碰戳破门。
原来大门是纸糊,何必为它费苦心!