深度长文：迈克尔逊-莫雷实验真的是相对论诞生的实验基础吗？

先说答案，两者关系并不是太大，也就是说，爱因斯坦提出狭义相对论并不是因为迈克尔逊-莫雷实验，而是其他原因。

我们经常会听到19世纪末物理学界“两朵乌云”，其中“一朵”就是迈克尔逊-莫雷实验，不少人甚至认为该实验直接催生了狭义相对论，实际上并非如此，这种说法太夸张了。

但从时间来看，迈克尔逊-莫雷实验发生在1887年，而爱因斯坦是在1905年才提出了狭义相对论，足足晚了十多年，但这并不能说明什么。

首先我们来看看迈克尔逊-莫雷实验的背景，该实验背景与以太的概念紧紧联系在一起，说白了只有一个目的：寻找以太存在的实验证据。

问题来了，什么是“以太”呢？

以太这个概念很早就被提出来了，最早由亚里士多德提出，不过当时以太的概念与近现代物理学上以太的概念完全不同，当时更多的还只是哲学上的概念，完全不涉及物理学概念。更何况亚里士多德时代也根本没有物理学。

亚里士多德认为，世界万物都是由四大元素和以太构成的，第四元素分别是水火气土，这与我国古代的五行概念本质并没有什么不同。四大元素是可见的，能被感知的，但是以太并不能被人类感知。

而笛卡尔第一个把以太的概念引入到物理学，引入的原因是不理解力为什么是超距作用。到了近代，以太的概念越来越多地被提到，同时得到了惠更斯和胡可等科学家的支持，在两人眼里，光就是一种波，而在人们的固有印象里，波的传播一定需要介质。

于是他们就有这样的疑问：光的介质是什么呢？他们认为答案就是以太。

我们都知道牛顿一直认为光就是粒子，虽然如此，牛顿本人其实也是支持以太概念的，不为别的，以太的概念对于牛顿来讲太重要了。为什么？

因为牛顿力学体系的根基就是绝对时空观，认为宇宙中存在绝对静止的参照系，而以太恰好符合这样的特点。

之后托马斯杨通过双缝实验证明了光是一种波，同时伟大的麦克斯韦提出的电磁理论，也认为光就是电磁波，麦克斯韦也认为电磁波在传播的过程中是需要媒介的，这个媒介就是以太。

也就是说，牛顿和麦克斯韦等物理学界大佬，都认为光的传播需要介质，这个介质就是以太。

但这里有一个很突出的问题：当时的物理学界都在谈论以太，但以太到底是什么？

总体来讲，以太就是一个假设的概念，但光有假设可不行啊，科学是相当严谨的，必须有实验的支撑，否则遇到问题就用假设去应付，那肯定是不行的。假设可以，但假设之后必须寻找相关证据。

尤其是在麦克斯韦方程组推导出来的光速计算公式中，光的速度竟然与参照系无关，这是当时的物理学界大佬无论如何都不能接受的，因为如果光的速度真的不需要参照系，意味着牛顿经典力学轰然倒塌。

当时的物理学界提出以太就是光的参照系，但还是刚才的问题，物理学界大佬必须找到以太存在的证据，否则以太的概念就没有任何说服力。

其实在更早的时候，法拉第曾经试图用场的概念代替以太，因为他本人非常讨厌以太这个看不见摸不着的诡异存在。只不过在当时，场的概念太超前了，很难被大众接受。而法拉第的弟子麦克斯韦也承认以太的存在，因此法拉第关于“以太就是场”的思想在当时并没有引起很大反响。

无论如何，物理学家们必须找到以太存在的证据，而迈克尔逊-莫雷实验正是在这种背景下出现的。

理论上讲，寻找以太存在的证据很简单。因为以太是绝对静止的，那么以太相当太阳当然也是静止的。而地球以每秒30公里的速度围绕太阳运行，当地球一侧朝向太阳运动时，就会感受到“以太风”。

由于光在以太中传播的速度为光速c，而地球相对以太的速度为v（也就是每秒30公里），那么当地球的一侧朝向和背向太阳运动时，两个方向上测量出来的光速肯定是不同的，分别是c-v和c+v。

说白了，地球运动方向的不同，测量出来的光的速度就不一样。当然，迈克尔逊-莫雷实验的具体实验过程并不是这样的，有些复杂，但原理是一样的，都是利用地球运动导致光速的改变。

但实验结果却出乎了所有人的意料，无论地球朝哪个方向运动，测量出来的光速都是一样的。面对这样的实验结果，即便是迈克尔逊和莫雷两人也不相信，他们宁愿怀疑是实验过程出现了纰漏或者说实验仪器不够精准，也不相信就是那样的实验结果。

其实如今想象，当时的物理学界大佬不相信实验结果太正常不过了，因为刚才说了，如果光速真的不变，就意味着牛顿经典力学轰然倒塌，他们怎么能轻易接受统治物理学界几百年的牛顿力学就这样倒塌了呢？

于是，迈克尔逊和莫雷两人重新对实验过程细致检查了一遍，看看有没有什么瑕疵，同时尽可能提高实验仪器精确度，接下来重复做了很多次实验，但结果仍旧如此。其实还有很多物理学家也做过类似的实验，但结果都是一样的。

这样的结果让迈克尔逊和莫雷两人心有不甘，他们本能地排斥如此“荒唐”的实验结果，这样的结果无异于他们世界观的彻底崩塌。但无论如何他们还是要为实验结果负责，于是两人极不情愿地公布了实验结果。

看到公布的实验结果，当时的物理学界大佬都非常恐慌，虽然实验冥冥之中已经指向了“光速不变”，表明以太确实是不存在的，但物理学界大佬根本就没有往那方面考虑，他们只有一个念头：如何在实验的基础上对以太的概念进行修正，而不是彻底否定以太。

可见当时的牛顿力学体系在当时的物理学界地位有多高，甚至被封为“神明”也不为过。

而洛伦兹变换就是在这种背景下诞生的，是修正以太的结果，正是为诠释迈克尔逊-莫雷实验而提出来的。洛伦兹变换并不认为光速是不变的，仍旧坚持以太的存在。洛伦兹认为以太在运动的方向上会收缩，从而导致测量结果会有不同。

也就是说，洛伦兹变换仍旧是以绝对时空观为基础的，仍旧认为以太是绝对静止的参照系。洛伦兹变换提出的时间比狭义相对论更早，它本身就是为了诠释以太而提出来的。

而爱因斯坦在后来提出的狭义相对论，完全否定了以太的存在，提出了光速不变，光速是绝对的，于是在光速不变原理还有狭义相对性原理的基础上，爱因斯提提出了伟大的狭义相对论。

在爱因斯坦眼里，以太不存在，时空也不是绝对的。

可以看出，爱因斯坦的狭义相对论与迈克尔逊-莫雷实验并没有直接的关系，前者完全否定了以太和牛顿力学体系的基础绝对时空观，而后者的目的就是为了寻找以太存在的证据，虽然实验结果表明，以太并不存在，但当时的绝大多数物理学界大佬根本不相信实验结果，而是通过各种方式对以太的概念“修修补补”，让其满足迈克尔逊-莫雷实验结果，洛伦兹变换就是这样的。

而爱因斯坦的狭义相对论推导出来的结果与洛伦兹变换是一致的，这也是为什么爱因斯坦会把洛伦兹变换作为狭义相对论中的基本公式。

如今来看，洛伦兹变换提出的“以太在运动方向上会收缩”，本质上与狭义相对论中的“空间在运动方向上会收缩”并没有什么不同，我们直接把以太看做是“空间”就行了，两者就完全是一个意思了。

空间不正像以太一样，也是看不见摸不着的呢？

实际上，如今科学界仍有一部分人认为是洛伦兹第一个提出了狭义相对论，其实也是有一定道理的。只是说洛伦兹并没有明确提出来，就差最后一层“窗户纸”没有捅破，实际上他已经无限接近狭义相对论了。

爱因斯坦和洛伦兹也是很好的朋友，在洛伦兹去世后，爱因斯坦在他的墓前曾发出这样的感慨来悼念朋友，声称洛伦兹的思想对他产生了极其重要的影响。但到底是怎样的影响，爱因斯坦到底想表达什么，我们并不知道，或许只有爱因斯坦自己知道了。

总结

虽然狭义相对论的创建与迈克尔逊-莫雷实验的关系不是很大，但这并不是迈克尔逊-莫雷实验没有给爱因斯坦带来任何影响，那是不可能的。

作为当时物理学界最重要的实验之一，爱因斯坦不可能不知道迈克尔逊-莫雷实验。同时，狭义相对论体系中直接引用了洛伦兹变换这个重要公式，当然肯定知道这个公式背后的含义了，而洛伦兹变换其实就是为诠释迈克尔逊-莫雷实验而设定的。

或许，迈克尔逊-莫雷实验只是给了爱因斯坦灵感，正如麦克斯韦方程组推导出来的光速不变公式给了他灵感一样，在灵感的基础上，爱因斯坦秉承着“如无必要勿增实体”的奥卡姆剃刀原理，直接把“以太”的概念“咔嚓”掉了！