什麼是以太?
19世紀由於干涉、繞射的實驗及電磁理論的建立,光的波動說取得了絕對
的勝利,如此一來便產生了一個重要的問題:光波是在什麼介質中傳播的
呢?就如聲波在空氣中傳播一般,光波也一定要在某種介質中傳播才行。
於是當時的科學家假設這種介質叫"以太(ether)",並做了很多實驗去尋找以太
其中較著名的實驗有:
1. 1727年,布喇德雷(James Bradley)的光行差實驗
2. 1851年,斐索的實驗,說明在運動的水中,以太受到拖曳
3. 1879年,邁克森 - 摩里實驗
其中著名的邁克森 - 摩里實驗結果證明了以太是不存在的(見下面說明),
這對以太學說及以太說賴以生存的絕對時空觀提出了嚴重的挑戰,正因如此
,才會被W.湯姆生稱做是"晴空上的烏雲"(見二十世紀物理學概論一文)
邁克森 - 摩里實驗(Michelson-Morley Experiment)
證明以太不存在,光速是一定的
v:整個系統"在已太中"的速度
(即地球相對於以太的速度)
c:光速
半反射鏡到兩面鏡子的距離均為 L
整個實驗裝置由一片45度的半鍍銀鏡(光線一半穿過、一半反射),及兩片玻
璃構成,光線射入半鍍銀鏡後形成兩道光線,穿過的那道射入"鏡2"再反射
回來;反射那道則射入"鏡 1"再被反射,而由觀察者觀察這兩道被
反射回來的光。
整個實驗裝置是被安裝在地球上的,所以會有一個系統相對於以太的速
度" v ",而光行進的速度是" c "
設 t1:為光自半反射鏡反射,射入鏡 1,再反射回來而被觀察者看到的時間
t2:為光自半反射鏡穿透,射入鏡 2,再反射回來而被觀察者看到的時間
t1及t2的計算可透過速度說明來瞭解
注意t1 與 t2 兩式的分子都是一樣的( 2L/c ),但分母不同,而當 v= 0時
,t1=t2
因為有 v 的存在(即以太存在),t1 與 t2 就會有時間差,只要實驗能測出
這個時間差,便能得到地球相對於以太的速度 v 。( PS.實際上是要測量兩道反射光產生的干涉效應 )
經過邁克森 - 摩里精密的實驗,始終無法觀察到時間差,即t1=t2,而v=0,
即沒有地球相對以太的速度。
那是不是因為地球本身的運動是跟著以太在走的,導致我們量不出相對速度,
不!因為地球是以 圓形軌道,大約30km/sec的速度繞著太陽走的,所以一年
之中總有一段時間,地球和以太會有相對運動
那麼唯一的解釋就是----以太是不存在的
邁克森 - 摩里實驗想找出地球在以太中運動的相對速度,但失敗了,找不
到這個速度,但失敗的原因一直沒有人能解釋,直到二十多年後才由愛因斯坦
提出了一個驚人的解釋
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