本章的压轴大戏即将上演，在上演之前，我必须提醒你，本书中提到的所有实验你都可以看完之后忘掉，唯独这个“麦克尔逊——莫雷实验”千万不能忘掉，随便打开任何一本物理学史书，或者打开任何一本关于相对论的书，甚至随便打开一本科学史书，都一定会提这个实验。如果你记不住麦克尔逊——莫雷这么拗口的五个字，那你也可以记住“MM实验”，很多书上都这么叫；如果你连“MM实验”四个字也记不住，那么你就记住“美眉实验”。总之，这个实验对于整个物理学史甚至对于整个人类的科学史，都有着举足轻重的地位，它是给经典物理学带来狂风暴雨的两朵乌云之一。这个实验刚好发生在世纪之交，怎么看都有一种史诗大片的感觉，它喻示着物理学新旧两个世纪的交接。所以，我需要在这个实验上多花一番笔墨，让大家对这个实验了解得多一点。当你看完本书以后跟人闲聊的时候，如果还能记得聊一聊“MM实验”，这将是笔者莫大的荣幸。

（以下麦克尔逊和莫雷的对话为虚构）

麦克尔逊：“莫雷兄，你先说说看，你对这个实验怎么想？”

莫雷：“麦克兄（虽然莫雷比麦克尔逊大14岁，但是麦克尔逊在实验物理界的威望很高，所以莫雷尊称麦克尔逊一声‘兄’，但听起来有点像是在说“麦克风”），光速在顺风和逆风的理论差值是30千米/秒，而光速是30万千米/秒，这意味着我们的实验精度必须要达到万分之一才行，以我们现在的实验条件，似乎离这个精度还差得很远。”

麦克尔逊：“这个情况我很清楚，所以想听听你的想法，讨论一下我们怎么才能解决这个难题。”

莫雷：“在短期内提高实验精度这条路估计是走不通的，我们必须绕开直接测量光速，要想一个什么间接方法来测量才行。”

麦克尔逊：“莫雷，我跟你的想法是一样的，肯定不能硬着头皮去测量，必须要想点儿什么别的办法。我想，我们是不是先把目标放低一点，不要想一步就测量出绝对数值，我们第一步先想出一个可以比较两束光谁快谁慢的办法。其实我们只要能先证明在顺风逆风中光速有差异，就迈出了胜利的第一步。”

莫雷：“麦克，你说得很对，我们把目标分成两个阶段，先想出第一阶段如何达成。你是不是已经想到什么好办法了？就别卖关子了。”

麦克尔逊：“我想到了英国人托马斯·杨（Thomas Young，1773-1829）发现的光的干涉现象，我们或许可以利用这个特性来比较两束光的速度是否发生了变化。”

莫雷突然转身面朝观众，说：“各位亲爱的读者，我给大家解释一下什么是光的干涉现象。听说你们现代人上高中的时候，都要做这个光的双缝干涉实验。简单来说，就是把一束光照到两根互相靠得很近的狭长的缝隙上，在这个双缝的后面如果我们竖上一面白墙，就会在墙上看到明暗相间的条纹。

【图3-2】光的双缝干涉实验

这是因为，光是一种波，同一束光被分成两束以后会自己跟自己产生干涉，所谓的干涉就是波峰与波峰相遇，强度就会增加一倍使得光更加明亮，而如果波峰与波谷相遇，则刚好互相抵消，光就会变暗，明暗相间的条纹就是这么来的。”

莫雷转回去，朝麦克尔逊尴尬地一笑：“不好意思，作者告诉我会有很多一百年后的读者观看我们的对话，我跟他保证我们之间的对话要让读者能听懂，请多多包涵，麦克风（一紧张把麦克兄说成了麦克风）。”

麦克尔逊表示不介意，听说有观众，他表现得反而更积极了，他继续说：“如果我们能想出一个什么办法，让同一束光分别走不同的路线，一条路线是顺风的，一条路线是逆风的，然后让它们最终会合到一起互相产生干涉现象。由于这两束光的速度不同，因此它们产生的干涉条纹一定和我们正常情况下做出来的干涉条纹有所区别，你说对不对，莫雷兄？”这句话看似对莫雷讲，麦克尔逊却有意无意地侧侧身子，似乎是想更多地引起观众的注意。

莫雷：“麦克，你太牛了，这个点子实在是太绝了！”

麦克尔逊：“我还有更精彩的没说呢。在实验过程中，如果我们把整个实验装置慢慢转动起来，你说会发生什么？”

莫雷：“我明白你的意思了，麦克。转动实验装置相当于偏转我们这艘地球大船相对于以太风航行的角度，那么两束光的速度也会相应地发生变化，最后反映到干涉条纹上的结果就是条纹会慢慢地移动！如果这个神奇的现象发生了，那么就确定无疑地证明了两束光的速度在发生着变化。麦克，你太伟大了！”

麦克尔逊突然面朝观众，手里拿着张硬纸板，上面写着“鼓掌”两个字，又很快转了回去。

麦克尔逊：“这个利用光的干涉性质来证明光速变化的实验原理图我已经想出来了，我画出来给你看，关键就在于中间那块半透镜，它可以把光分成两路，一路被反射90度朝上，一路直接透过去。”

【图3-3】麦克尔逊——莫雷实验原理图

麦克尔逊：“我发明的干涉检测仪现在可就大有用武之地了，它比我们肉眼观测的精度可不知提高了多少倍。我计算了一下，如果地球的航行速度真是30千米/秒的话，那么在整个实验装置转过90度以后，我们应该观察到干涉条纹移动了0.4个条纹的宽度，我的干涉仪可以分辨出0.01个条纹宽度的移动，因此，我们的实验精度绰绰有余。”

莫雷：“不过这个实验装置要造起来也不容易，我们必须尽可能地消除地面震动带来的干扰，如果整个实验装置的底座不稳，则很可能前功尽弃。”

麦克尔逊：“这个问题我也想到了，我准备建造一个巨大的水泥台，并且把这个水泥台放到注满水银的水槽上，让水泥台浮在水银上面，这样就能有效地消除震动。”

莫雷：“好的，麦克，你怎么说我就怎么办，别看我脑子没你聪明，可我有力气啊，体力活儿你就交给我吧。”

莫雷在制作实验器具方面确实是一把好手，没过多久，MM实验台建造完成。现在一切就绪，只欠东风了，牛顿的夙愿即将实现，经典物理大厦就要落成，物理界全都在翘首以待实验结果。所有的人都对实验结果相当乐观，前有伟大的牛顿，后有做物理实验尤其是测量光速的泰山北斗，一切都应该合乎逻辑，没有人怀疑大结局必将以喜剧收场。这一年爱因斯坦还只有8岁，此时的他正在痴迷地玩着父亲送给他的一个小小罗盘（爱因斯坦在回忆录中经常提到这个罗盘），连头都没有抬起来看我一眼。（我女儿正在看电视，里面传出一个声音：唯一看破真相的是外表看似小孩，智慧却过于常人的名侦探柯南。）

可能读者们已经猜到了，最终的实验结果大跌所有人的眼镜，麦克尔逊的干涉仪自始至终没有观察到条纹的任何移动，干涉条纹就像被定格在了干涉仪里面，不论怎么旋转实验装置，干涉条纹都纹丝不动。本来这个实验计划要做半年，要分别测量地球在近日点和远日点时对干涉条纹的影响，因为地球在近日点和远日点的公转速度不一样。但是实验仅仅做了四天就停止了，因为实验结果如此确定无疑地表明了光速没有丝毫变化，干涉条纹根本不动，实验值和理论预测值相差十万八千里。这个实验没必要继续做下去了，一定有什么地方不对。

整个物理界一时哗然，大家都明白，要么是理论出了问题，要么是实验出了问题。但牛顿的绝对时空观和以太学说看上去都是如此完美，而且也符合我们的日常生活经验，因此，当时的物理界也和此时的读者你一样，不愿意相信是理论出错了，而都倾向于实验本身出了问题，于是各种各样的解释冒了出来。有的说是以太会被地球所拖拽，这就是著名的拽引说，一度特别流行；也有的说是长度在运动方向上会发生收缩刚好抵消干涉变化；还有的说光的速度会受到光源移动速度的影响等等。总之，各种各样的解释一时风起云涌，这股热潮一直从19世纪延续到了20世纪。但从总体上来说，所有的解释都还是建立在相信牛顿的绝对时空，相信以太的存在，相信伽利略变换的成立等基础之上的，很少有人站出来质疑理论的根基是不是出了问题。

19世纪最后一天的太阳落山了，20世纪的曙光照亮了人类写满沧桑的脸庞。人类文明经过数千年的艰难跋涉，即将在新世纪来临的时候迎来一次彻底的洗礼。