科学史上唯一因“失败”而获得

诺贝尔物理学奖的实验

我们知道，光具有“波粒二象性”，是在20世纪初被发现的。但在18世纪，人们围绕光究竟是波还是粒子，有过许多争论。到19世纪初叶，英国的托马斯·杨和法国的菲涅耳为光的波动理论奠定了坚实的基础。1801年，杨做了著名的光的双缝干涉实验，至此人们开始普遍接受光的波动说。然而，“波”的传播需要介质，如声波传播需要空气，水波传播需要水，所以光波也必然要通过一种介质来传播。于是人们就将这种介质称为“以太”，认为“以太”在宇宙中无处不在，看不见，摸不着，绝对静止，所有的物质都在“以太”中运动，光也是通过“以太”来传播的。从科学的角度来看，必须有实验证明以太的存在。1881年，物理学家迈克尔逊设计了一个巧妙的实验，试图证明“以太”的存在。

迈克尔逊认为，地球围绕太阳公转，其实就是在“以太”中穿行，地球就会遇到与地球公转速度相等的“以太风”迎面吹来，自转时地球表面也会有“以太风”吹过。因此在“以太风”的影响下，在地球上向不同方向发射的光的速度就会存在着一定的差异。

           根据这一思路，迈克尔逊设计了一台干涉仪，如上图所示，该干涉仪由一个光源（S）、一个分光镜（A）、两个反射镜（B和C）以及一个观测屏（T）组成。当光从光源出发后，在经过分光镜时，会分成两束相互垂直的光，接下来，这两束光在走过完全相同的距离之后，会分别由反射镜B和C反射回来，然后经过分光镜投射到观测屏，这样就可以观测到这两束光的干涉条纹了。迈克尔逊认为，由于这两束光相互垂直，它们相对于“以太”的速度肯定是不一样的，因此如果将干涉仪整体旋转90度，就可以让这两束光的速度“互换”，从而使原来的干涉条纹发生位移，只要在实验中发现了这种现象，就可以证明“以太”的存在。然而迈克尔逊的实验却失败了，无论他怎么捣鼓这台干涉仪，都没有发现期待中的现象。

实验的失败，是不是因为干涉仪的精度不够呢？于是在接下来的大约6年的时间里，迈克尔逊和另一位物理学家爱德华·莫雷一起设计了一个精度更高的干涉仪，并于1887年进行了著名的“迈克尔逊-莫雷实验”。“遗憾”的是，依然以失败告终。

“迈克尔逊-莫雷实验”的实验结果令当时的科学界大为震动，人们在不同的地点和时间进行了大量的重复实验，得到的实验结果均“令人失望”。此后，虽然人们在“以太”的基础上又提出了多种解释，但都难以令人信服。爱因斯坦首先提出，“以太”根本就不存在。他在1905年指出，既然光速在不同惯性系以及不同方向上都是相同的，那么“以太”就没理由存在，进而提出“光速不变原理”的假设，在此基础上，建立了著名的狭义相对论，从此开启了物理学的新篇章。

1907年，迈克尔逊获得了诺贝尔物理学奖，他获奖的主要原因就是“迈克尔逊-莫雷实验”，而这个实验也成为了科学史上的唯一一个因为“失败”而获得诺贝尔物理学奖的实验。（此文摘自于网络）