4.3 以太风波
与一切宏观的机械运动相比，光的传播速度实在是太快了。寻找以太的实验当然需要在地面上进行，在这里我们能找到的最快的宏观运动速度不过就是地球的运动。然而，即使与地球的运动速度相比，光速也依然太快了。这就意味着，检测以太的实验仪器需要极其精密。1881年，检测以太的任务落在了迈克耳孙的肩上。利用光的干涉原理，迈克尔孙设计了一套非常精巧的“干涉仪”：
如图4-6所示：光线从单色激光发射器发出，经过半反半透镜M后被分成两道相互垂直的光线，其中：透射光线沿直线行进，到达反射镜M1后折返；反射光线经过90°的逆时针转折向上传播，到达反射镜M2后同样折返。两条返回的光线重新抵达半反半透镜M以后，M1返回的光线经过透镜M发生反射，M2返回的光线经过透镜M发生折射，两条光线重新汇合到一起，沿着同一方向射出，呈现在下方的监视屏上，于是我们就会在监视屏上看到两条光线的干涉条纹。调节M1和M2的位置，可以使得二者的位置到M的距离相等，这样就会使得水平光线和垂直光线经过相等的路程。如果两条光线的速度存在差异，那么，当二者再次重合的时候，干涉条纹就会发生移动。
现在，我们假设地球在以太中穿行。由于地球同时存在自西向东的自转和公转，因此地球表面的物体在东西方向上和南北方向上穿行的速度就会有所不同。如果光是在以太中传播的，那么东西方向和南北方向上的光速也会有所差别。在这种情况下，如果我们把迈克耳孙干涉仪放到地球表面，使得干涉仪的两条光线的方向分别对准东西、南北方向，屏幕上就会出现干涉条纹；随后我们再把干涉仪调转90度，由于水平和垂直的两条光路上的光速发生了变化，理论上我们就可以在监视屏上看到干涉条纹的移动。再经过一系列复杂运算，就不难得出地球相对于以太的绝对速度。
1881年4月，迈克耳孙在波斯坦天文台的地下室里进行了观察，结果干涉条纹几乎毫无移动。1886年，他和莫雷重新改进了干涉仪，把精度增加到原来的十倍，结果依然如故，干涉条纹的移动效果微乎其微，完全可以视作实验误差予以忽略。这样的观测结果表明：要么根本不存在以太，要么地球相对于以太的速度为0。地球相对以太的速度为0意味着什么？意味着地球在宇宙中岿然不动，日月星辰都是围绕地球旋转，地球再次成为了宇宙的中心！这样的结果震惊世界，经过近代科学的洗礼，已经没有任何科学家能够接受这样的结论，于是大家纷纷给出了各自的解释：可能的原因有三个：
1、地球在以太中穿行时，地球表面可以吸附部分以太；
2、光不是一种波动，而是微粒。光速并非相对于以太不变，而是相对于光源不变；
3、世界上根本没有“以太”，光的传播不需要任何介质。
第一种说法是最先被否定的，因为这样的说法和光行差现象明显冲突，如果地球吸引了一部分以太一起飞行，那么从恒星表面发出的光将不会因为地球的公转而出现偏转，换言之，既然发现了光线偏转，就说明地球不会吸附以太。为了全面验证以太吸附问题，英国物理学家洛奇又进行了旋转钢盘实验，实验结果表明：以太完全不会被吸附；同时，菲索也在流水中测试了流水对以太的吸附和拖拽效果，而菲索的实验结果则表明：以太确实存在被流水拖拽的现象，但吸附的量却非常微弱，完全不能解释迈克耳孙实验的0结果。各种实验结果矛盾重重，于是关于以太吸附的假设宣告失败。
第二种说法也很容易被天文观测所否定，如果光是一种微粒，它的传播的确不需要介质，因此，光离开光源的速度就会像子弹离开手枪的速度一样保持不变。这一观点的确既可以解释光行差现象，又可以解释干涉条纹的0实验结果。然而，如果光离开光源的速度不变，就会发生另一种天文学奇观：魅星。我们知道，宇宙中的绝大多数恒星距离我们非常遥远，而且很多恒星都存在双星系统，也就是两个恒星相互吸引，围绕一个公共的质心旋转。如图4-7所示：
在恒星旋转一周的过程中，一段时间内它会朝向我们所处的地球运动，另一段时间则会远离地球。在这种情况下，如果光离开恒星的速度像子弹离开手枪一样保持不变，那么光相对地球的速度就会和恒星的运动速度叠加，使得恒星在靠近地球的过程中发出的光v1比远离地球时的光v2更快的到达地球，我们从地球上就有可能会同时看到同一颗恒星的两个魅影，简称“魅星”。因为宇宙中的双星系统非常多，但我们却从来没有发现过“魅星”现象的存在。因此，这种解释也是不可能的。
以上两种说法都靠不住，现在是否可以证明，世界上根本不存在以太呢？且慢，洛伦兹老爷子又给了一个令人意想不到的折衷方案，史称洛伦兹收缩假说。
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