转帖： 《文盲正侃时间史第一部【物理正传】》

柳之心

　　那么，根据以太理论，你我测到的光速是不同的：

　　你迎着光跑，测到的光速，就是你和光各自穿越以太的速度之和。这没问题吧？

　　我坐着不动，测到的光速，就是光自己穿越以太的速度。这更没问题吧？

　　

　　这个设想听起来知书达理的，令人心头为之一动，顿生倾慕之情，恨不能立马验证以谢之。

　　可是，这实验做起来太难，因为光速和我们的速度差距，不是一般的大，我们来看看人类创造的高速究竟能达到多少：

　　布加迪威龙：极速407公里/小时，即0.11公里/秒。

　　波音787：1050公里/小时，即0.29公里/秒。

　　河南禹州某农民的超级拉沙大货车：1419公里/小时，即0.39公里/秒。

　　SR-71 Blackbird（不败传说——黑鸟）：3.5倍音速，即1.19公里/秒。

　　X-43A飞行器（试验阶段）：10倍音速，即3.4公里/秒。

　　

　　子弹（取最快值，即枪口初速）

　　手枪、冲锋枪子弹： 0.3公里/秒或更低（还不如咱国大货车）。

　　步枪子弹：0.9公里/秒。

　　狙击步枪、重机枪子弹：1公里/秒。

　　

　　光速：299792.46公里/秒（注意小数点以后的那两个数，和波音787比比看）。

　　

　　好像没什么可比性，我们运动的那点点速度放在光速里，不忽略也可以不计，要测出这个小到几乎没有的差异，你不想则已，越想越绝望。

　　得不到实验的证明，再美丽的理论都是浮云，何况，这还不是神马美丽的理论，而只是为了解决光速问题，匆忙拉出来救场的以太。一个龙套，突然要当角儿，还想无证上岗，你当观众白痴啊？！

　　我站在，猎猎风中，恨不能，荡尽绵绵心痛……差异，差异！怎么能准确测出这个杀千刀的小差异？！

柳之心

　一个失败的实验

　　

　　历史告诉我们，救星总是出现在最黑暗的时刻。绝望归绝望，只要不自绝，奇迹总会像咱家统计数据一样从天而降。

　　但是，科学上的奇迹，可不是随便什么智商的人拍拍脑门那么简单。这里有个故事，我长话短说：

　　甲乙两个香皂厂，都进口了同样的生产线，生产效率明显提高。但生产线终端存在一个问题：总有个别香皂盒漏装香皂，导致空香皂盒被装箱出售，客户表示此事很坑爹。下面是两个厂的解决办法：

　　甲厂，厂长联系了一家专业机构，经技术攻关，发明声纳探测装备，探测到是空盒，机械手就根据探测定位，抓到空盒，放进空盒收集箱。真正的高科技啊，花费几十万，并且还没算使用期间的维修保养费用。

　　乙厂，厂长对终端负责人说，老张，你琢磨琢磨，看看这事咋办。老张回去琢磨一宿，第二天拿来一台风扇，对准成品输出的传送带，对面放一个大盆。于是传送带上的空盒都被风扇吹到大盆里去了。老张受到表扬，拿着1000块钱奖金高高兴兴回家显屁去了。

　　这里的关键是两个字：思路。

柳之心

　　复杂的事情，不一定非要复杂的方法去解决。解决同一个问题，方法越简单，说明这个思路越好。这需要灵感。偶尔闪出灵感的人，是聪明人，经常闪出灵感的人，是牛人。

　　1887年，牛人出现了，阿尔伯特?亚伯拉罕?迈克尔逊（美国物理学家），一个是爱德华?莫雷（也是美国物理学家）。

　　迈克尔逊是个真正的专家，他以毕生精力从事光速的精密测量，在他的有生之年，一直是光速测定的国际中心人物。

　　他解决速度问题的手段很简单，利用地球公转的速度。牛人啊！

　　地球公转速度是30公里/秒。虽然这与光速相比，仍然微不足道，但这是人力无法企及的，重要的是，这个速度足以测出人们梦寐以求的“差异”了。

柳之心

　　这根据以太理论，以太应该是充满空间、静止不动的，那么，地球在公转时，就应该有“以太风”存在。很好理解吧，在没有风（空气不流动）的日子里，我们骑着单车，都会感觉到清风拂面，你蹬得越快，风速越大。

　　30公里/秒，这就是“以太风”的速度。然而，以太属于特供，它不屑跟普通物质发生任何关系，所以神马仪器也没法直接测出以太风的存在，也就没法证明以太的存在。

　　好在它是光的载体，又是唯一可以让光速“固定”这个说法成立的参照物，所以只有通过测量光来证明之，试验成功，就一箭双雕：1.以太存在；2.光速相对以太固定。OK，牛爷与麦爷握手联盟，世界和平了，物理定律统一，鲜花盛开，阳光明媚，历史翻开灿烂的新篇章……多么美妙的前景啊，都给咱俩听出鼻涕泡了。擦擦，先搞定实验再说。

　　由于相对于光速而言，地球公转的速度也是极其微小的，所以，要测出这个差异来，需要十分精确的设备。

　　因此，这是一个既精细又困难的实验。他们是怎样做到的呢？

柳之心

　　要是我，就首先要在天空中找到一颗特定的星星做光源——当然就是当初我答应送给老婆的那颗，地球在公转中，运动方向有时迎向光源，有时背离光源，有时与光源成夹角——成直角时，可视为地球与光源的运动相对静止。这样，就能测出不同情况下，光速的变化了。

　可是你一拍大腿，欠扁地告诉我，这个方案理论上可行，但实际操作起来很难很麻烦。因为，那颗星星的光一直在朝我们源源不断地射来，没有时间间隔，光上也没有记号，想精确测量它的速度太难了！都无从测起。如果找一颗已知距离的天体当遮挡物，利用遮断时间和已知距离来测速度，也存在一个大问题：遮挡物离地球的距离需要十分精确才行！因为对光速来讲，测量时把地球公转速度误差出去根本不算什么，遮挡物距离再不精确，误差就更大了！

　　那咋办呢？咱俩再次站在猎猎风中，一筹莫展。

　　我们有更好的办法，迈克尔逊和莫雷自信满满、春风得意地说。

柳之心

　　频率。迈克尔逊如示家珍地说出一个词。

　　是的，光的频率！莫雷接过来为我们讲了一个故事。

　　那一年我17岁，她也17岁,……

　　停！你本人的故事我不想听了。

　　对不起台词背错了我咽回去。其实我要讲的是一个超级玩家。莫雷正色道。

　　托马斯?杨。

　　停！双缝实验是吧？这个故事俺们听过！

　　但是，你知道怎样才能把这个游戏玩成功吗？莫雷问完，见咱俩大眼瞪小眼，接着说道，托马斯?杨玩的这个游戏，不是随便玩玩就能玩好的，要看到光干涉的美丽条纹，是有条件的：只有两列光波的频率相同、相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光，很难具有相同的频率，更不可能存在固定的相差，因此，不能产生干涉现象。这就是为什么要强调“相同频率”。

　　哦，我想起来了，这个，俺们在发现光波是横波那段学过。两道以上的波合并，波峰与波峰重合、波谷与波谷重合，也就是“相位”相同，则波的能量加强；如果波峰与波谷交错，也就是“相位”不同，则波的能量相互减弱。是吧？你兴奋地抢答道。

　　对呀！小鬼蛮聪明嘛，莫雷赞许地摸摸你的头。接着说道：

　　同样频率的两道光波重合，如果在起始点“相位”相同，那么在之后的旅途中，它们一直是相互加强状态，表现为亮度叠加；反之，在起始点“相位”不同，则始终是相互减弱状态，表现为亮度削减。

　　迈克尔逊接过来说，你滴明白？哦，不明白，好，我直说了吧：

　　从同一个光源发出的光，频率相同，如果把这样一束光分成两束，让它们速度不同，就能造成它们的相位不同（步调不一致），这时再让它们合成一束光，那么，频率相同、相位不同，就像托马斯?杨玩的游戏那样，就可能发生干涉，有干涉就会有条纹……明白了？只要产生较为明显的条纹，就能反证光速产生了变化！

柳之心

　　那，怎样才能让这两束光速度不同呢？你嘴里含着食指，眼神迷惘而又真诚地问道。

　　这个简单啊，让这两束光朝不同方向跑，一束顺着地球运动的方向，一束跟地球运动方向垂直，再分别反射回来，合成一束，不就OK了？一向以严谨著称的迈克尔逊笑眯眯地说。

　　哦？哦！那就让我们大家立刻开始这段游戏吧！咱俩迫不及待了。

　　子曰，心急吃不了热豆腐。咱先把玩具凑齐再说。迈克尔逊和莫雷一边准备玩具，一边絮絮叨叨地讲解。

　　我们打算这样玩，听好了。玩具有这几样：

　　一个光源，名叫小亮，它可以发出一束光。

　　三块著名的镜子，阴阳镜，对同光反射一半，透射一半，负责分光；魔镜、风月宝鉴，它俩互相垂直，负责反光。

　　还有一样东西，就是托马斯?杨玩的三块板之一，当然得要没弄坏的那块，它叫杨老板。

　　OK，玩具凑齐，它们组成一个大玩具，叫迈克尔逊干涉仪。GO！

柳之心

　　游戏流程：

　　小亮发出一道光，被阴阳镜分成两束，一束射到风月宝鉴上，一束射到魔镜上。光被魔镜、风月宝鉴反射回来，合成一束，投射到杨老板上。

　　Gameover。

　好的，现在我们来看看，这两束光的发射方向不同，速度有啥不一样。

　　我们把魔镜背面对准地球公转的方向，按照牛顿理论，射到魔镜上的光速（红色）就是C+30KM/秒，由魔镜反射出来的光（蓝色）速就是C-30KM/秒。

　　风月宝鉴跟魔镜垂直，接收和反射的光是垂直于地球公转方向，不涉及到与地球公转速度叠加，所以射到风月宝鉴上的光和它反射出来的光速度都是C。

　　现在，风月宝鉴和魔镜反射回来的的两束光合为一体。

　　哦，我知道了，因为这两束光，它们频率相同，但速度不同了，所以相位就会不同，就会导致干涉、产生条纹，从而一举证明牛顿和以太的胜利！你兴奋地抢答道。

　　呵呵，小鬼很有思想嘛。迈克尔逊笑道，理论上，小鬼说得不错，但实际上，由于镜面距离啊，两束光透过玻璃的折射啊、反射啊、光程差啊等因素，也会产生干涉条纹。这些条纹，是由于设备条件所产生的“误差”条纹，虽然可以计算出来，从观察结果中剔除出去，但毕竟，我们真正要观察的干涉条纹也不是太明显，再加上可能的测量误差，这样得出的结果，还是底气不足。

　　那咋办啊？我们不是白忙乎了？这回咱俩真着急了。

　　莫急莫急，有一个十分稳妥的办法。并且非常简单。莫雷说着，脸上泛起神的微笑。

　　快说吧别卖关子了。咱俩急得跳了起来。

　　我们记录好第一次观测的条纹数据，把设备直接转动90度，这次让风月宝鉴背对地球公转方向。莫雷把“直接”两个字咬得很重。

　　迈克尔逊接着说，由于设备上所有的部件，我们都没做任何调整，只是把它转动了一个方向而已，所以，即使设备本身有什么误差，这个误差总不会变吧？

　误差固定，而两束光的方向却颠倒了，这会让条纹产生有规则的移动。

　　听明白了吧，设备的“固定误差”可以不管了，我们只需要对照两个不同方向的条纹“移动”就OK了。

柳之心

　　综合这台设备的各种因素，按照以太理论，我们已经算好了，条纹将移动0.4条！虽然这个量听起来不大，但足够精确测量了。

　　莫雷接过话头说道，其实，这个实验，迈克尔逊在1881年已经做过一次，但没有观测到满意的结果。我们认为那是设备精度不够造成的。

　　这次，我们这台设备在精度考虑上可以说是无微不至，甚至连外部环境配置都狠苛刻，为了防止地面振动的影响，我们专门弄来一块大石板，把这块大石板漂在水银槽里，咱们的设备就放在这块大石板上。

　　现在设备的精度达到亿分之一！是不是很变态啊？莫雷自豪地笑道。

　　只要这个移动与理论预测相符，就证明以太存在，光速相对以太固定，那么牛爷就和平解决了跟麦爷的人民内部矛盾，从胜利走向胜利！

　　如果实验结果是设想的这样，我们就可以在杨老板身上分别看到两个方向的干涉条纹——动感的哟！

柳之心

　　自从上次跟托马斯?杨玩过之后，杨老板就一夜成名，他一直梦想着做一匹无忧无虑的斑马。现在，身披动感条纹，是他的新理想。

　　此刻，我们共同的梦想就在眼前。

　　迈克尔逊、莫雷、咱俩，和杨老板一起期待这一神奇而伟大的时刻。

　　那美丽的动感条纹会不会在杨老板那方正平整的身体上如约出现？

　　放心吧，一定会的！

　　说出这句信心爆棚的话后，我们心中有些忐忑。

　　

　　地球无怨无悔地以30KM/秒的速度在以太中穿行。

　　小亮朝阴阳镜射出一束明媚的光。这束光与地球穿行的方向垂直，速度是C。

　　阴阳镜将这束光的一半放行，分给风月宝鉴，另一半反射给魔镜。

　　两面镜子反射回两道不同速度的光。

　　两束速度不同的光合成一束，射向杨老板……

　　我们把设备转动90度。

　　上面的过程重演……

　　Ladies and乡亲们，现在，就是见证奇迹的时刻！

　　我们一起睁大了眼睛。

　　没有移动。