迈克尔逊为什么感到遗憾

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。

——爱因斯坦

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

美国物理学家迈克尔逊（左1），与爱因斯坦见面时与密立根（右1）合影。

1931年，爱因斯坦到美国时，专门去拜会了迈克尔逊。爱因斯坦当面表示了对迈克尔逊的敬佩。他说了上面那一大段 话。

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，真是令人遗憾呀！”

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，爱因斯坦本人也在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。

（一）

1852年12月19日，迈克尔逊诞生在波兰的一个小镇斯特列罗。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，欧洲由于经济危机和政治上的动乱，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。他们先乘船到巴拿马，然后乘火车、独木舟，骑骡子，……最后又乘远洋轮船，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，尤其是光学，从此有了极大的兴趣。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。”

“您为什么觉得那儿好呢？”迈克尔逊问。

“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、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。于是他在亲朋好友的帮助下，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、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。”

（二）

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，他对于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。我们知道，飞得最快的飞机，每秒也只能达到1.7千米左右，而光速是每秒30万千米！难怪迈克尔逊说：

迈克尔逊在做光学方面的实验。

“光速的数值大大超越了人们的想象力。但是，我们可以用极精确的方法，将它测量出来。因此，测量光速是一件非常吸引人的工作”。

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，就送给他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。物理学家们认为光是靠以太传播的，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：

“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，正中下怀，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？”

英国物理学家瑞利叹气说：“迈克尔逊的实验结果，真令人扫兴。”

（三）

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世经最伟大的理论了，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做出了贡献而高兴，相反却感到遗憾。

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，为科学发展做出了卓越的贡献。但在对待物理学发展的态度上，他不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。”

做精密的实验，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，但他不能引起物理学发生重大的、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？每个人在实验中做观察测量时，他脑袋里一定事先有一种想法（所谓想法，广义地说，就是一种理论），这种想法支配你如何进行观测。打个比方，如果你对天上的云，事先没有任何理论知识，你向天上的云看了好半天，也许什么也看不出来，只知道云彩在天空变化万千，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、有没有风等等。这就是“理论决定你观察到什么”。

迈克尔逊正是由于对理论、假说的意义，缺乏正确的认识，所以他对别人提出的新理论、新思想不感兴趣，有时显得十分无知。

有一次，他问一位天文学家：“英国的爱丁顿先生提出一种恒星理论，这个理论是怎么一回事？”

迈克尔逊用这台巨型干涉仪测量以太。为了稳定起见，整个装置放在一个巨大的水泥台上，水泥台又放在水银池子里。

那位天文学家回答说：“爱丁顿认为，有一种恒星上的物质，密度比水大30000倍。”

迈克尔逊急忙打断那人的话头，说：“那不是比铅的密度还大？”

铅的密度，是地球上密度最大的。那位天文学家点了点头，迈克尔逊于是斩钉截铁地说：

“那么，爱丁顿先生的理论一定错了！”

实际上，爱丁顿的理论并没有错，天空中有一种叫“白矮星”的恒星，那上面的物质的密度真是比水的密度大几万倍。但这种奇特的结论，迈克尔逊是决不相信的。

正是因为迈克尔逊只专心于埋头实验，对新理论不感兴趣，又不喜欢与研究生合作，所以他一直不愿意承认相对论。

有一件趣事。1931年迈克尔逊病重时，许多科学家去看望他，他的妻子总是在大门口小声叮咛探视迈克尔逊的客人：

“千万别向他提到相对论，否则他会发火。”

他直到去世，也未改变这种保守观点。