相对论教材将迈克尔逊-莫雷实验称为相对论实验基础。1887年,阿尔贝特·迈克尔逊(后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者)和爱德华·莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。目的是测量地球在以太中的速度(即以太风的速度)。当时认为光的传播介质是“以太”,如果存在以太,以太就相对于太阳绝对静止,地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来,同时,它也必须对光的传播产生影响,迈克耳逊-莫雷实验就是在这个基础上进行的。
迈克尔逊-莫雷实验是1887年迈克尔逊和莫雷在德国做的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速差值的一项著名的物理实验。
迈克尔逊-莫雷实验 实验的实验背景是,19世纪流行着一种“以太”学说,它是随着光的波动理论发展起来的。由于波动说在于粒子说的对决中处于优势地位,所以,许多物理学家们愈加坚信“以太”的存在, 但当时的物理学家认为存在绝对静止的参照系,又由于太阳中心说还在影响着人们的思维,这三个因素叠加到一起让当时的物理学家构想出“以太”相对于太阳静止构成绝对的参照系,用实验去验证相对于太阳静止“以太”的存在就成为许多科学家追求的目标。
当时认为光的传播介质是“以太”,地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来,同时,它也必须对光的传播产生影响。前面已经提到,麦克斯韦在《大英百科全书》的《以太》条目中就提到了确定以太的实验方案:由于以太的运动会引起在其中传播的光速的变化,而以太风的速度又相当于反向的地球轨道速度,则可以通过比较这两种速度来观察以太。迈克尔逊-莫雷实验正是这种方案的具体实施。
1887年,阿尔贝特•麦克尔逊和爱德华•莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了这个迈克尔逊-莫雷实验。

该实验前提条件是假设以太相对于太阳静止,地球相对于太阳公转轨道速度为v ,地球上的测量仪器相对以太的速度也就为v 。
光线经分光镜分为两束,光束1直线穿过分光镜射向M1,光束2经分光镜转向90度射向M2,经M2反射再经分光镜投射到观测屏,与经M1反射回的光束1形成干涉。光在以太中传播速度为 ,如果光速在以太中的传播服从伽利略速度叠加原理,则:
光束1到达M1和从M1返回的传播速度不同,分别为c+v和c-v ,完成往返路程所需时间为d/(c+v)+ d/(c-v)。
光束2完成来回路程的时间为2d/(c2-v2)1/2。
光束2和光束1到达观测屏的光程差为:
cd/(c+v)+cd/(c-v)-2cd/(c2-v2)1/2≈d v2/c2
然后让实验仪器整体旋转90度,则光束1和光束2到达观测屏的时间互换,使得已经形成的干涉条纹产生移动,其改变的量为ΔL= 2d v2/c2,移动的条纹数为ΔL/λ。
实验中用钠光源,λ=5.9 x10-7 m;地球的公转轨道运动速率为v≈1x10-4c;干涉仪光臂(分光镜到反光镜)d=11m,应该移动的条纹为ΔN= 2x 11x(1 x10-4) 2÷(5.9 x10-7)=0.37
迈克尔逊和莫雷将干涉仪装在十分平稳的大理石上,并让大理石漂浮在水银槽上,可以平稳地转动。并当整个仪器缓慢转动时连续读数,这时该仪器的精确度为0.01%,即能测到1/100条条纹移动,用该仪器测条纹移动应该是很容易的。迈克尔逊和莫雷设想:如果让仪器转动90°,光通过OM1、OM2的时间差应改变,干涉条纹要发生移动,从实验中测出条纹移动的距离,就可以求出地球相对以太的运动速度,从而证实以太的存在。但实验未发现任何条纹移动。在此之后的许多年,迈克尔逊-莫雷实验又被重复了许多次,所得都是零结果。
对于该实验,一些相对论支持者宣称该实验“结果证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的,由此否认了以太(绝对静止参考系)的存在,从而动摇了经典物理学基础,成为近代物理学的一个发端,在物理学发展史上占有十分重要的地位”,宣传相对论的书籍也把迈克尔逊-莫雷实验称为相对论的实验基础。
但颇具讽刺意味的是,该实验的主要当事人迈克耳逊本人却认为这个实验结果只表明以太是随着地球运动的,为此,迈克耳逊至死也不认可相对论,直到晚年,他还亲自对爱因斯坦说,他自己的实验引起了相对论这样一个“怪物”,他实在是有点懊悔。
我国著名相对论物理学家胡宁(中科院理论物理研究所研究员、北京大学教授,中科院院士)在《狭义相对论实验基础》一书的序言中也指出:“初次学习狭义相对论的人,往往误认为迈克尔逊实验或“光速不变性”是狭义相对论的实验基础。但是,在相对论出现以前,斐兹杰惹和索末菲已经在以太论的基础上对迈克尔逊实验的结果给出了解释。因此,迈克尔逊实验的零结果既可以用以太论来解释,也可以用相对论来解释,也就是说,它既不否定光速不变,也不肯定光速不变。所以,企图用迈克尔逊类型的实验来进一步更准确地验证光速不变将是没有意义的。(摘自张元仲《狭义相对论实验基础》北京:科学出版社,1979)。
为了对该实验有一个客观的判断,不妨再对迈克尔逊-莫雷实验预想、实验环境、实验过程以及实验现象作一些具体的分析:
该实验光经分光镜获得两束光在地面实验装置内往返并完成干涉,如果认可以太,影响实验结果的就是地面附近的以太。
特别值得注意的是该实验在最初设计的时候,先入为主的预想存在特殊参照系,而且这个特殊参照系就是以太相对于太阳静止,这显然是太阳中心说,我们在浩瀚的星空有众多与太阳相似的恒星,如果以太存在,以太既然可以相对于太阳静止,当然也可以相对于其他恒星静止,为此,我们没有理由跟着前人相信如果以太存在,就存在和太阳绑定在一起的绝对静止的以太。
没有理由确信地球附近的以太必须相对于太阳静止,由此去认定依赖此前提下得出的干涉条纹移动推论就变得毫无意义,这也是迈克耳逊认为实验结果并不能否定以太,只表明以太是随着地球运动的根本原因。
同时,由于实验装置相对于地球静止,无论把地球看成惯性系还是非惯性系,迈克尔逊-莫雷实验至多说明地面附近的光,相对于地球光速不变,属于一个系的光速不变,根本就不能支持爱因斯坦的光速不变假设,所以胡宁院士否定迈克尔逊实验是狭义相对论的实验基础,认为“它既不否定光速不变,也不肯定光速不变”。
还有,虽然牛顿本人认为存在绝对静止的参照系,但由他和伽利略等物理学家一起构建的牛顿力学体系并不依赖于这样的观念,所以,说迈克尔逊-莫雷实验动摇了经典物理学基础纯属危言耸听。
另外,很多相对论支持者还想用迈克尔逊-莫雷实验得到的一个系的光速不变,结合相对性原理,将它由一个系的光速不变推广到其他参照系的光速不变,前面提及爱因斯坦洛伦兹变换简单推导中的“光的传播定律结合着相对性公设要求所考虑的信号(从K'去判断)应按照对应的公式 r'=ct'或 x'²+y'²+z'²-c²t'²=0 传播”就是这样的具体实例,其思路为,既然光相对于地球光速不变,根据相对性原理,那么,光相对于和地球有相对运动的另一个星球也可以光速不变,这不就是光相对于两个不同参照系的光速不变了么?但这种维相思路是行不通的,因为地面的迈克尔逊-莫雷实验至多说明地面附近的光相对于地球光速不变,根据相对性原理,至多推演出另一个星球的迈克尔逊-莫雷实验说明该星球附近的光相对于该星球各向光速不变,并不能说明地面附近的光可以相对于地球和另一个星球各向光速不变,各向光为同一个光速值c,也不能说明另一星球附近的光可以相对于另一个星球和地球各向光速不变,各向光为同一个光速值c。
速度与参照系选择有关,爱因斯坦却直接假设光速与参照系选择无关,他拿不出证据证明自己的假设可行,就用语音游戏自顶【我们可以假定关于光的速度c是恒定的这一简单的定律已有充分的理由为学校里的儿童所确信】直接将自己的假设说成定律,以学校里的儿童都不如做要挟,要其他人必须认可他的假设当定律已有充分的理由,不认可都不如学校里儿童!
博士生导师,中国科学院高能物理研究所研究员,中国科学院粒子天体物理重点实验室主任张双南在自己的文章【那么既然光速不变原理是爱因斯坦的假设,那么有没有实验证据表明光速的确是不变的呢?遗憾的是,目前还真的没有,因为我们没有办法测量单程的光速,也就是没法测量从一个地方到另外一个地方的光速。】中,明确地说表明光速的确是不变的实验证据【【【目前还真的没有】】】。到目前都没有,爱因斯坦那个年代有么!
这里要剖析一下爱因斯坦用语言游戏自顶的高智商:
他为啥要说是学校里的儿童,不是其他地方的儿童,因为学校里的儿童就接受了学校教育,他这样做是想暗示他的假设当定律已有充分理由,就连学校的老师也认可,是老师教的。但即便在那个时代,速度与参照系选择有关,速度的矢量合成都是物理学教学的正道。
这类似于安徒生童话中的骗子的伎俩【凡是不称职的人或者愚蠢的人都看不见这衣服.】,以不称职做要挟,要其他人昧着良心说看见了并不存在的衣服。
面对光速不变假设质疑,维相者展示的维相路数千奇百怪:
有的失去理智不顾麦克斯韦理论构建在以太模型之上,只认可一个系的光速不变,生拉硬拽拉上麦克斯韦;有的失去理智不顾相对论的洛伦兹变换源自光速不变假设,生拉硬拽拉上洛伦兹;有的失去理智不顾地面的迈克尔逊-莫雷实验至多能证明相对与地面光速不变,生拉硬拽拉上迈克尔逊-莫雷;更有甚者,像南澳洲那样的人也失去理智讲超音速飞机的蹩脚故事诡辩试图达到抹黑矢量合成规律,来成就爱因斯坦的光速不变假设……。
爱因斯坦的光速不变假设违背矢量合成规律,没有支持相对论的任何大人物和小人家给出了理论或实验依据支持该假设,这些都锁定光速不变假设在物理学上如同儿戏一般,自然不会有科学家敢为爱因斯坦这种用假设挑战规律之举作担保,所以,号称伟大的相对论只不过是爱因斯坦在物理学上导演的一出闹剧而已!