正文

第三章 光的速度(6)

時間的形狀:相對論史話 作者:汪潔


“這是因為,光是一種波,同一束光被分成兩束以后自己會跟自己產(chǎn)生干涉,所謂的干涉就是波峰與波峰相遇,強度就會增加一倍使得光更加明亮,而如果波峰與波谷相遇,則剛好互相抵消,光就會變暗,明暗相間的條紋就是這么來的?!?/p>

莫雷轉(zhuǎn)回去,朝麥克爾遜尷尬的一笑:“不好意思,收了作者的一點小意思,我跟他保證我們之間的對話要讓讀者能聽懂的,請多多包涵哈,麥克風(一緊張把麥克兄說成了麥克風)?!?/p>

麥克爾遜表示不介意,聽說有觀眾,他表現(xiàn)得反而更積極了,他繼續(xù)說:“如果我們能想出一個什么辦法,讓同一束光分別走不同的路線,一條路線是順風的,一條路線是逆風的,然后讓他們最終再會合到一起互相產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,因為這兩束光的速度不同,因此他們產(chǎn)生的干涉條紋一定和我們正常情況下做出來的干涉條紋有所區(qū)別,你說對不對,莫雷?”這句話看似對莫雷講,麥克爾遜卻有意無意地側(cè)側(cè)身子,似乎是想更多地引起觀眾的注意。

莫:“麥克,你太牛了,這個點子實在是太絕了?!?/p>

麥:“我還有更精彩的沒說呢,在實驗過程中,如果我們把整個實驗裝置慢慢轉(zhuǎn)動起來,你說會發(fā)生什么?”

莫:“我明白你的意思了,麥克。轉(zhuǎn)動實驗裝置相當于偏轉(zhuǎn)我們這艘地球大船相對于以太風航行的角度,那么兩束光的速度也會相應地發(fā)生變化,最后反映到干涉條紋上的結(jié)果就是條紋會慢慢地移動!如果這個神奇的現(xiàn)象發(fā)生了,那么就確定無疑地證明了兩束光的速度在發(fā)生著變化,麥克,你太偉大了!”

麥克爾遜突然面朝觀眾,手里拿著張硬紙板,上面寫著“鼓掌”兩個字,很快又轉(zhuǎn)回去了。

麥:“這個利用光的干涉性質(zhì)來證明光速變化的實驗原理圖我已經(jīng)想出來了,我畫出來給你看,關鍵就在于中間那塊半透鏡,它可以把光分成兩路,一路被反射90度朝上,一路直接透過去。”

麥:“我發(fā)明的干涉檢測儀現(xiàn)在可就大有用武之地了,它比我們?nèi)庋塾^測的精度可不知提高了多少倍。我計算了一下,如果地球的航行速度真是30公里/秒的話,那么在整個實驗裝置轉(zhuǎn)過90度以后,我們應該觀察到干涉條紋移動了0.4個條紋的寬度,我的干涉儀可以分辨出0.01個條紋寬度的移動,因此,我們的實驗精度綽綽有余?!?/p>

莫:“不過這個實驗裝置要造起來也不容易,我們必須盡可能地消除地面震動帶來的干擾,如果整個實驗裝置的底座不穩(wěn),則很可能前功盡棄?!?/p>

麥:“這個問題我也想到了,我準備建造一個巨大的水泥臺,并且把這個水泥臺放到注滿水銀的水槽上,讓水泥臺浮在水銀上面,這也就能有效地消除震動?!?/p>

莫:“好的,麥克,你怎么說我就怎么辦,別看我腦子沒你聰明,可我年輕啊,我有力氣啊,體力活兒你就交給我吧。”

莫雷在制作實驗器具方面確實是一把好手,沒過多久,MM實驗臺建造完成?,F(xiàn)在一切就緒,只欠東風了,牛頓的夙愿即將實現(xiàn),經(jīng)典物理大廈就要落成,物理界全都在翹首以待實驗結(jié)果。所有人都對實驗結(jié)果相當樂觀,前有偉大的牛頓,后有做物理實驗尤其是測量光速的泰山北斗,一切都應該合乎邏輯,沒有人懷疑大結(jié)局必將以喜劇收場。這一年愛因斯坦還只有8歲(筆者聽到電視中傳出聲音:唯一看破真相的是外表看似小孩,智慧卻過于常人的名偵探柯南。不知道8歲的愛因斯坦是否看破了真相),此時的愛因斯坦正在癡迷地玩著父親送給他的一個小小的羅盤(愛因斯坦在回憶錄中經(jīng)常提到這個羅盤),連頭都沒有抬起來看我一眼。

然而,可能讀者們已經(jīng)猜到了,最終的實驗結(jié)果大跌所有人的眼鏡,麥克爾遜的干涉儀自始至終幾乎沒有觀察到條紋的任何移動,干涉條紋就像被定格在了干涉儀里面,不論怎么旋轉(zhuǎn)實驗裝置,干涉條紋都紋絲不動。本來這個實驗計劃要做半年,要分別測量地球在近日點和遠日點時對干涉條紋的影響,因為地球在近日點和遠日點的公轉(zhuǎn)速度不一樣。但是實驗僅僅做了4天,就停止了,因為實驗結(jié)果如此確定無疑地表明了光速沒有絲毫變化,干涉條紋根本不動,實驗值和理論預測值相差十萬八千里,這個實驗沒必要繼續(xù)做下去了,一定有什么地方不對。

整個物理界一時嘩然,大家都明白,要么是理論出了問題,要么是實驗出了問題。但牛頓的絕對時空觀和以太學說都是看上去如此完美的理論,而且也符合我們的日常生活經(jīng)驗,因此,當時的物理界也和此時的讀者你一樣不愿意相信是理論出錯了,而都傾向于實驗本身出了問題,于是冒出來各種各樣的解釋。有的說是以太會被地球所拖拽,這就是著名的拽引說,一度特別流行;也有的說是長度在運動方向上會發(fā)生收縮剛好抵消干涉變化;還有的說是光的速度還會受到光源移動速度的影響等等……總之,各種各樣的解釋一時風起云涌,這股熱潮一直從19世紀延續(xù)到了20世紀。但從總體上來說,所有的解釋都還是建立在相信牛頓的絕對時空,相信以太的存在,相信伽利略變換的成立基礎上的,很少有人站出來質(zhì)疑理論的根基是不是出了問題。

19世紀最后一天的太陽落下山了,20世紀的曙光照亮了人類寫滿滄桑的臉上,人類文明經(jīng)過五千年的艱難跋涉,即將在新世紀來臨的時候迎來一次徹底的洗禮。


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