这迈克尔逊的实验实在精巧,后来爱因斯坦曾有一段话专门评价他道:“迈克尔逊实验得出了一个任何人都应当理解的真正伟大的结果。我总认为迈克尔逊是科学家中的艺术家,他最大的乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛。他受过的数学或理论训练很少,又没有理论方面的同事指导,而能够设计出迈克尔逊—莫雷实验,那是非常惊人的。”
再说迈克尔逊的实验结果一宣布立即在物理学界引起一场轩然大波,本来万里无云的蓝天上突然出现了一朵乌云。因为以太一旦被否定,城门失火,殃及池鱼,那牛顿力学的绝对时空观将要从根本上动摇。已经伴随人们过了两个世纪,指导物理学家做出无数发现的牛顿力学现在突然失灵了,经典物理学金碧辉煌的大厦突然出现了裂缝。于是各国的物理学家们纷纷提出各种方案来挽救以太,总希望迈克尔逊的实验能有另一种解释。
1892年英国物理学家斐兹杰惹(1851—1901年)提出了一个挽救以太的好办法。他假设一切物体在自己的运动方向上都要收缩,而且还给出一个公式,收缩的大小随运动的速率而增加。每秒运动11千米的物体,收缩十亿分之二左右,每秒运动26万千米的物体,收缩50%。物体运动的速度达到光速,它在运动方向上的长度就变为0。长度的收缩不会出现负值,所以光速也就是宇宙中所能达到的最高速度。这就是有名的“斐兹杰惹收缩”。按照这个假说,迈克尔逊在实验时,顺着地球运动方向的两块镜面间距离就会变短,这正好弥补了光束逆以太传播而减少的速度,所以并不影响它和另一束横向光同时返回到观察镜里。
还有一位荷兰物理学家洛伦兹(1853—1928年),1904年提出一个更严密的假设,他在一篇论文中说:当电子在以太中运动时,电子将会从圆球变为椭球(它沿运动方向的半径变短)。这样,收缩说就更有根据了。好个洛伦兹,为挽救以太,竟一口气提出了十一个方案。他还提出了著名的“洛伦兹变换”,说明相对运动的坐标系之间的转换关系。和斐兹杰惹的长度缩短相似,洛伦兹又提出当电子运动的速度达到每秒26万千米时,质量会增大100%;而达到光速时,质量无限大,这当然不可能,又正好说明光速是一个极限。
光速既然是一个极限,迈克尔逊的实验又证明了无论哪个方向上的光束都是一样的速度,这不就是一个实实在在、干净利索的结论吗?何必又要把以太扯进来呢?而且以太既然是静止不动的,它丝毫没有自己的速度、质量,这和不存在又有什么差别?
各位读者,继承必须超越。一个权威的理论也常常有发生、成长和衰落的过程。因为这权威曾给我们许多指导和信赖,就像父亲对子女一样有养育之恩,所以在权威衰落之时,从感情上我们常常不能摆脱对它的依赖。要冲破旧习惯是一件很难的事情。正像一个旧王朝被推翻之前,总有人千方百计地想出许多改良政策以延长其寿命;一个旧学说被抛弃前,人们也总是想把新事实和旧理论统一起来,希望它还能维持住它的权威。可是这以太说已经如同一件老和尚的百衲衣,补丁实在太多,纵然有斐兹杰惹、洛伦兹这样的好裁缝也实在难以补缀了。
说到这里,容我们做一简单回忆。大凡一个新学说诞生之前,人们总要演一出《霸王别姬》或《长亭相送》之类的戏,以表述自己对旧学说不能长存的哀怨和惋惜。想那哥白尼体系诞生前夕,托勒密体系已摇摇欲坠,大量的天文观察已证明它误差太大。为修正这种误差,人们就假设行星按均轮轨道绕地运行时自己又按本轮运行,一个本轮不行,再加一个,一直加到十八个,真是不厌其烦。在氧气发现前夕,燃素说开始露出破绽,参与燃烧的物质会减轻重量,就说这是燃素跑掉了。可是有时反而会增加重量,这时就说燃素有负重量。在能量守恒定律发现之前,人们不知道热能是运动的形式,而说物体的冷热是热素在来回流动。现在以太说眼看站不住脚,人们又假设出物质运动时会收缩。但是一个老妇人无论怎样梳洗打扮也是不能当作新娘出嫁的。这种改良性的假设总不能维持长久。时间越长,危机越深,结果便是一场必然到来的革命,这就是哥白尼、拉瓦锡、焦耳的出现。现在以太说经迈克尔逊在1887年捅破之后,人们修修补补,勉强维持到1905年,这时有一个年轻人再也不愿接受这种改良了,于是便振臂一呼,提出一个革命性的学说。
此人到底是谁,且听下回分解。