迈克耳孙-莫雷实验与狭义相对论文献综述

文献综述

研究的现状及发展趋势

迈克尔孙-莫雷实验的“零结果”否认了以太的存在，在物理学发展史上具有重要意义。但是实验和狭义相对论的关系一直没有定论。一些学者认为该实验是狭义相对论的基础，另有一些学者认为实验对狭义相对论的创立没有起什么作用或者没起到决定性作用。

1、迈克尔孙-莫雷实验是狭义相对论的基础

第一，实验否认了以太的存在，并把相对性原理从只适用于力学现象推广到包括电磁现象的一切物理现象，建立起狭义相对论完整理论架构[1]。爱因斯坦在建立狭义相对论的过程中主要探讨电动力学方程的相对性问题，而在此之前有关寻找光以太的实验都以失败告终，所以爱因斯坦确认电动力学以及光学都和力学一样不存在绝对静止参考系，继而做出相对性原理同样适应于电动力学和光学的假设。这样把力学相对性原理推广到适用于电动力学[2]。迈克尔孙-莫雷实验的零结果则为这些假设提供了依据。

第二，狭义相对论的另一个基本原理——光速不变原理，通过该实验同样可以得到印证，该实验以最直接的方式证实了无法判断地球相对以太的绝对运动，亦即光速是不变的[3]。而且爱因斯坦本人并不否认光行差观测，斐索实验和迈克尔孙-莫雷实验对他创立狭义相对论的影响[4]。但是前两个实验完全可以由绝对静止的以太概念和光被物质的部分拖动来加以解释。这尤其突出了迈克尔孙-莫雷实验的重要性。

2、迈克尔孙-莫雷实验对狭义相对论的建立不起决定性作用

第一，狭义相对论之前的理论中时间的定义都是牛顿的绝对时间，而狭义相对论中的时间是用不变光速的假设定义的[2]，这导致虽然狭义相对论解释了迈克尔孙-莫雷实验的零结果，但是只要坚持牛顿力学及其时空观就不可能从该实验中得到狭义相对论的两条公设（狭义相对性原理和光速不变原理）。另一方面，实验的理论基础建立在相对性原理在电磁学中不适用，以及麦克斯韦方程组仅在绝对静止的以太参考系中成立，这两个前提下。以上原因导致实验的零结果受到部分学者的质疑，虽然知道实验的结果，但并不承认零结果的真实性。对实验零结果最合理的解释不应是否定以太的存在，而应该是——地球周围一定范围内的以太对地球没有相对运动，是被地球所带动的[5]。对零结果认知的多选择性证明该实验并不必然是狭义相对论的基础。

第二，从历史层面分析前一种学者观点的正确性也有待商榷。爱因斯坦在1905年创立狭义相对论，而且论文中并未提及该实验。虽然他之前通过洛仑兹的著作了解到该实验，但是实验真正引起他的注意是在1905年之后。爱因斯坦在1907年的一篇综述文章中第一次引用了这个观点 [6]。另外，1952年他在与其他人的谈话中认为实验并没有对他创立狭义相对论产生直接影响。