物理学中一个荒谬的结论 — 场+以太 = 虚无 06

本系列文章预计会有10个章节，这套文献将系统的讲述物理学本身，今天是第6篇。

当麦克斯韦方程组的理论问世之后，人们发现原来光也就是电磁波，即特定频率的电磁波。但是这个方程组的有个问题，就是如果光速不是常数的话，方程组的某些数学逻辑不符合常识。

好，我们先谈一个简单的话题。

比如，你给朋友说话的时候，是声带的振动引起介质振动，然后振动到达人的外耳廓再传到内部鼓膜，引起鼓膜振动，鼓膜振动再传入内耳，内耳的振动使耳蜗的液体出现波动，并以此推动纤细的毛像风吹杨柳一样摆动，对应的毛细胞因此产生容易被大脑识别的声音电信号，然后大脑对这些电信号进行处理完之后我们就听到了声音。

这里前前后后都有一个物体，即传递声音的介质，比如空气、鼓膜、内耳等等。

你向湖面扔一块石头，以石头为圆心会自动扩散波纹的振动，这里的介质是水。注意点，这个常识我们也在中学物理中学过，关于振动本身是水这个介质在振动。

那么，光的速度怎么测，相对谁？

很明显，相对于手电筒呀！可惜，并不是。

01 什么是场

指的是在某种空间区域内，其中具有一定性质的物体能对与之不相接触的类似物体施加一种力。例如，一个有质量的物体由于引力场的作用能对所有其他有质量的物体产生引力。同样，一个带电物体对其他带电物体施加一种力（吸引力或排斥力，取决于电性）。磁体周围有磁场。

这是基于牛顿力学的经典演变，所以19世纪后半叶，人们觉得用场来描述电磁过程，比根据力学的质点概念来处理的优势越来越明显。

根据场概念的历史发展，凡是不存在物质的地方，场也就不存在。但是，在19世纪开头，人们证明了，只要把光看作一种波场，把它完全同弹性固体里的机械振动场类比，就能够异常精确地解释光的干涉和衍射现象。因此，人们觉得有必要引进一种在不存在有重物质的“空虚空间”里也能够存在的场。

02 以太是个虚无的过去

为了对光的研究，人们也不得不认为必须假定到处存在着一种物质形式，它叫作“以太”。以太原是古希腊哲学家所设想的一种介质，17世纪的法国哲学家笛卡尔最先将以太引入宇宙科学，并赋予它某种力学性质。正如声波在空气中传播一样，光波也应该通过以太传播，所以光速应该是相对于以太而言的。

以太是光波的传播介质，假设认为，以太以静止态遍布宇宙。牛顿继承了笛卡尔的思想，认同有以太存在的假设，由它定义出牛顿力学中的绝对静止状态。牛顿最终描绘出来的以太，是一种本质上与空气一样的媒介，只不过比空气更加稀薄罢了。

于是，以太的存在成了一种根深蒂固的思维范式。在这种思维下，相对于以太运动的不同观察者，应看到光以不同的速度冲他们而来。

但是，有个问题，你不觉得zh很奇怪吗？

按照物理学的本质来讲，越坚硬的东西，传递能量的速度就越快。比如，固体传递声音的速度大于水，水又大于空气。那么光速这么快，是什么介质让它传播的如此之快？ 

是以太吗？可是以太是个虚无的东西。

03 真相大白

1881年，美国物理学家迈克尔逊（1852—1931）开始测量光的传播速度。按照牛顿的观点，以太在绝对空间中是静止的，任何静止的人在所有方向上将得到相同的光速，而运动者会测得不同的光速。迈克尔逊在1881年初通过实验证明光在任何方向的速度都是一致的，但结果模糊，他自己也不完全相信。

1887年，迈克尔逊改进了自己的测量设备，也叫“迈克尔逊干涉度量法”（当今引力波的发现测量也是在他开创的测量方法基础上实现的）。通过这个仪器测试，最终真相大白。

即，以太可能是根本不存在的！但迈克尔逊却对这个结果感到无比失望。因为在当时科学家的观念里，以太代表了一个绝对静止的参照系，以太这个概念作为绝对运动的代表，是经典物理学和牛顿经典时空观的基础。

04 物理学的大厦再次崩溃

在20世纪的开端，相当多的物理学家都意识到了迈克尔逊-莫雷实验给物理学带来的危机。

1887年，全体物理学陷入困惑，这个困惑一直持续了18年...

停下来我们自己思考下，到底是哪里出了问题？基于我们仅有的物理常识，也许聪明的你只要放弃对经典物理的认知，就会得到答案。

这个问题的答案18年后才被解开，而解开的人就是年仅8岁的爱因斯坦。

万维钢在解读《相对论》中说，相对论精彩的不是相对论本身，而是思辨的过程。

物理学中有丰富的故事思维，起起伏伏的发现都值得我们深思，这也是我为什么写物理学本身的初衷。

吴军在《阅读与写作》中谈到，硅谷一些中学生见到马斯克时问他，我在大学学什么才能成为向您一样的企业家。马斯克不暇思索的说，像我一样学物理。因为你会有一种最合适这个世界的思维方式。也许物理学的知识不重要，思维方式才重要。

最后，我想说学习物理的目的是为了干一件大事！