1700925058
选手A的时间，先上游后下游，很容易分析。考虑到水速，出发时游泳者的总的速度为8英尺/秒（5英尺/秒+3英尺/秒），所以100英尺需要12.5秒。回来时逆流，意味着其游速只有2英尺/秒（5英尺/秒—3英尺/秒），因此游过这个100英尺需要50秒。因此他游200英尺的总时间为62.5秒。
1700925059
1700925060
选手B游到河对岸，为了补偿水流的影响必须斜着游。勾股定理告诉我们，如果他的游速是5英尺/秒，那么正确的倾斜角度应能使他有3英尺/秒的上游分量，以抵消水流速度，因此他的横渡游速为4英尺/秒。因此他游100英尺需时25秒，返回时还需25秒，游过200英尺总共需时50秒。
1700925061
1700925062
虽然两位选手在静水中游速相同，但横渡者将赢得比赛。因此，迈克尔孙认为横穿以太风的光束走过整个行程所花的时间应较短。为此他设计了一个实验，来看看是否真的如此。
1700925063
1700925064
我们还记得其荒谬的属性——它被认为有最小的密度但却是宇宙中最坚硬的物质——现在看来毫不奇怪，以太是一种虚构。尽管如此，科学家们抛弃它时显得极不情愿，因为它是解释光传播的唯一可能的方式。甚至迈克耳孙自己在达成他的这一结论时也是心情复杂。他曾怀旧地提到：“亲爱的老以太，它现在被遗弃了，虽然我个人还是对它有一点点记挂。”
1700925065
1700925066
不存在以太带来的这场危机还在加深，因为以太一直被认为负责执行电场、磁场和光之间的联系。科普作家班诺什·霍夫曼对这种严峻的形势曾作过很好的概括：
1700925067
1700925068
起先我们有了发光的以太，
1700925069
1700925070
随后我们有了电磁以太，
1700925071
1700925072
而现在我们什么都没了。
1700925073
1700925074
所以，到19世纪末，迈克耳孙已经证明了以太并不存在。具有讽刺意味的是，他是以一系列成功的光学实验确立起其职业生涯的，但他最大的胜利却是一项否定性的实验结果。他的目标是要证明以太存在，而不是它的缺失。物理学家现在不得不接受这样一个事实——光可以以某种方式在真空中传播，即通过没有任何介质的空间。
1700925075
1700925076
迈克耳孙成就的取得需要昂贵的、专门的实验设备和多年的专业努力。而在大致相同的时间段里，一个孤独的少年，在对迈克耳孙实验的突破性成就毫不知情的情形下，同样得出了以太不存在的结论，而且仅凭理论论证的基础。他的名字是阿尔伯特·爱因斯坦。
1700925077
1700925078
爱因斯坦的思想实验
1700925079
1700925080
爱因斯坦年轻的实力和他后来在全盛时期所绽放的才华，很大程度上源自他对周围世界的巨大的好奇心。在他多产的、革命性的和富有远见的一生中，他从没有停止过对支配宇宙的根本规律的思考。甚至在他5岁时，他就曾对他父亲给他的指南针的神秘性质迷恋不已。是什么无形的力量在牵引着针头，为什么它总是指向北方？磁的性质成为他终生的迷恋，这是爱因斯坦对探索看似微不足道的现象充满强烈兴趣的典型一例。
1700925081
1700925082
正如爱因斯坦对他的传记作者卡尔·塞利格说的那样：“我没有什么特殊天分。我只是痴迷不已。”他还指出：“重要的是不要停止问问题。好奇心都有其自身存在的理由。当我们思考永恒的、生命的和实在的宏大结构的奇妙性质时，我们不免会心存敬畏。如果我们每天都试图领悟一点点这些奥秘，就足够了。”诺贝尔奖获得者伊西多·艾萨克·拉比强调了这一点：“我认为，物理学家是人类的彼得·潘。他们从来不曾长大，他们一直保持着他们的好奇心。”
1700925083
1700925084
在这方面，爱因斯坦与伽利略有很多共同之处。爱因斯坦曾这样写道：“我们就像是一个小孩进入一个巨大的图书馆，它的墙壁前堆满了用不同语言写成的一直码到天花板的各种书籍。”伽利略也做过类似的比喻，但他将整个大自然这座图书馆凝聚成一本盛大的用一种语言写就的书，他的好奇心促使他破译这本书：“这是一本用数学语言写就的书，其特征是三角形、圆形和其他各种几何图形，不懂得它，人类甚至无法理解其中的一个字；不掌握这些语言，我们就只能在黑暗的迷宫中徘徊。”
1700925085
1700925086
将伽利略和爱因斯坦联系在一起的是他们对相对性原理的共同兴趣。伽利略发现了相对性原理，但爱因斯坦则充分利用了它。简单地说，伽利略的相对性原理是说：所有的运动都是相对的，这意味着，如果不借助外部参考系，你无法检测是否在运动。伽利略在他的《关于两门新科学的对话》一书中生动地说明了他所说的相对性是什么意思：
1700925087
1700925088
把你和一位朋友关在一条大船的甲板下的主舱里，你们还带有几只苍蝇、蝴蝶和其他一些小飞虫。舱内还放有一大碗水，水里有几条鱼；舱室的顶上倒挂着一个瓶子，瓶内的水一滴一滴地滴到下方的大口罐里。当船停着不动时，你仔细观察，所有的小昆虫都以同样的速度在舱内向各个方向飞行；鱼朝各个方向游动；水滴滴入下方的容器中。而且，你将东西扔给你的朋友时，只要距离相等，你朝一个方向扔无需比朝另一个方向扔更用力。你并起双脚起跳，无论朝哪个方向，跳过的距离都相等。
1700925089
1700925090
当你仔细观察了所有这些事情后……让船以你乐意的任何速度行进，只要运动是匀速的，而且不存在这样或那样的晃动，你将发现，所有上述现象都没有丝毫变化，你也无法根据其中任何一个现象来判断船是在移动还是处于静止状态。
1700925091
1700925092
换句话说，只要你是在以恒定速度做直线运动，你就没法衡量你运动得有多快，或者说清楚你是否在运动。这是因为你周围的一切都正以同样的速度在运动，所有的现象（如正在下落的瓶子，飞舞的蝴蝶）都一样，不管你是在运动还是处于静止状态。此外，伽利略设定的场景是在“甲板下的主舱”，所以你是被隔离开来的，它剥夺了你参照外部参照系来检测到任何相对运动的希望。如果你以类似的方式将自己隔离开来，譬如塞上耳朵闭上眼睛坐在平滑轨道上开行的火车车厢内，那么你同样很难判断列车是在以100千米/时的速度在跑还是停留在车站，这是伽利略相对性原理的又一例证。
1700925093
1700925094
这条原理是伽利略最伟大的发现之一，因为它有助于说服持怀疑态度的天文学家，地球确实是在绕着太阳运动。反哥白尼的批评人士认为，地球不可能绕着太阳运行，因为如果那样的话，我们就应该感觉到这个运动，譬如有恒定速度的风或是感到被拉离地面，但显然，这一切都没有发生。但是，伽利略的相对性原理解释说，我们不可能感知到地球在空间中运动的这一巨大速度，因为从地面到大气层中的一切事物都在以与我们相同的速度运动。运动的地球所提供的环境与我们处在一个静止的地球上所经历的环境是等效的。
1700925095
1700925096
一般而言，伽利略的相对性原理是说，你永远无法知道你是在快速运动，还是在缓慢地移动，或是根本不动。这一原理的适用条件是你是否被隔离在地球上，或是塞上耳朵闭上眼睛待在火车上或船的甲板下面的船舱里，或是以其他某种方式隔绝了与外部参照系的联系。
1700925097
1700925098
爱因斯坦不知道迈克耳孙和莫雷已经否定了以太的存在，他用伽利略的相对性原理作为他探索以太是否存在的基石。特别是他将伽利略的相对性原理运用到一项思想实验上。这是一种只能在物理学家头脑中进行的纯粹想象的实验，通常是因为它所涉及的过程无法在现实世界中实现。虽然纯属理论建构，但思想实验常常会导致对现实世界的深刻理解。
1700925099
1700925100
在他1896年（当时年仅16岁）进行的一项思想实验里，爱因斯坦想知道，如果他能以光速运动，同时在他面前放置一面镜子，他将看到什么。尤其是他很好奇是否能从镜子里看到自己的镜像。维多利亚时代的以太理论将以太描绘成一种弥漫于整个宇宙的静止的物质。光被假定是由以太传递的，所以这暗示着以光速（300000千米/秒）行进就是相对于以太以这个速度前行。在爱因斯坦的思想实验里，他、他的脸和他的反射镜通通以光速穿过以太。因此在通常情形下，光将离开爱因斯坦的脸并运动到他手中的镜子，但现在光永远不会真正离开他的脸，更别说到达镜面了，因为一切都在以光速运动。如果光不能到达镜面，那么它也就不可能被反射回去，因此爱因斯坦将无法看到自己的镜面反射影像。
1700925101
1700925102
这个假想的情景令人震惊，因为它完全违反了伽利略的相对性原理。根据这一原理，人在做恒定速度运动时根本无法确定其运动的快慢，是向前还是向后运动，甚至是否真在运动。而爱因斯坦的思想实验暗示他会知道他在以光速运动，因为他的反射影像消失了。
1700925103
1700925104
这个男孩很惊奇，如果进行这么一项基于充满宇宙的以太的思想实验，其结果竟是自相矛盾的，因为它违背了伽利略的相对性原理。爱因斯坦的思想实验也可以搬到伽利略的甲板下的船舱里进行：这样水手就会知道船是否在以光速运动，因为他的反射影像将会消失。然而，伽利略曾坚定地宣称，水手不可能分辨出他的船是否在运动。
1700925105
1700925106
两方面总有一方面得放弃。要么是伽利略的相对性原理错了，要么是爱因斯坦的思想实验存在根本性缺陷。最后，爱因斯坦意识到，他的思想实验有错，因为它是基于充满宇宙的以太进行的。为了解决这个矛盾，他的结论是：光不是以相对于以太的某个恒定速度运动，光不是由以太传递的，以太甚至根本不存在。爱因斯坦不知道，这个结论已经由迈克耳孙和莫雷发现了。
1700925107
[
上一页 ]
[ :1.700925058e+09 ]
[
下一页 ]