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其中ε0，μ0分别是真空介电常量和真空磁导率．依据惯性系间的伽利略变换，光速在不同的惯性系对应有不同的测量值．
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以太系是一个特殊的参考系，如果地球系就是以太系，那么人类的诞生地又有理由重新成为宇宙的“中心”，这样的结论是物理学家无法接受的．如果地球系不是以太系，那么测出地球相对以太系的运动便是间接地证明了以太系的存在．为此，迈克耳孙（A. A. Michelson，1852—1931）希望通过光的干涉现象测量此种运动．他特意设计制作了后人以他的名字命名的干涉仪，主要部件是半透明反射镜G和两块相互垂直的平面反射镜M1与M2，它们的相对方位如图8-1所示．干涉仪随地球绕太阳运动的速度大小记为v，略去地球自转的附加速度，且不考虑太阳相对以太系运动的影响．设某时刻干涉仪相对以太系的速度v恰好沿着图示的G到M1连线方向，光源S发出波长为λ的光波遇G后分成两束．一束射向M1，再反射回G，并经G反射到观察屏T；另一束射向M2，再反射回G，并经G透射到T，两光束在T处相互叠加．在以太系中这两条光路如图8-2所示，设这两光束从G出发后分别经t1，t2时间返回G．将G到M1和M2的距离分别记为l1和l2，则有
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图 8-1
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图 8-2
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两束光到达T的时差为
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这相当于光束1比光束2多走了
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个波长的路程．经过地球的四分之一公转周期，干涉仪相对以太系的速度v恰好沿着G到M2连线方向，两光束相遇在T时光束1比光束2少走了
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个波长．干涉处光束1与光束2的路程差每变化一个波长，相干叠加亮度由强到弱再到强发生一次变化，这相当于在干涉屏上的干涉图样整体会平移过一条亮纹的间距．从光束1比光束2多走n个波长到少走n′个波长的全过程中，干涉处相干叠加亮度共发生
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次变化，干涉图样应有∆N个条纹的平移．1881年迈克耳孙首次实验时，未能观察到期望的干涉图样平移．1887年他与莫雷（F. W. Morley，1838—1923）合作，将测量精度提高到可测出∆N＝0.01个条纹的平移，实验期望值达∆N＝0.4，令人失望的是仍然没有观察到干涉条纹的平移．
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迈克耳孙—莫雷实验的“失败”，表明以太系的存在未能被实验认证，这使得以实验事实为依据的经典理论出现了危机．
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8.1.2 狭义相对论基本原理
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面对经典理论的危机，爱因斯坦首先否定了以太的存在．这一否定也使以太系的存在性假设成为多余，那么麦克斯韦方程究竟在哪一个参考系中成立呢？爱因斯坦认为应该在所有惯性系中都成立，这也就意味着牛顿力学的相对性原理可以引申到电相互作用力的结构性定律，爱因斯坦进而认为相对性原理可以引申到所有已知的和未知的动力学系统．引申的结果是麦克斯韦场方程组中的常量ε0，μ0如同引力常量G一样具有惯性系不变性，从而导致真空（不再存在以太的真空）光速c在所有惯性系中有相同量值．与此相反，经典理论中的伽利略速度变换却仍然要求真空光速在不同的惯性系有不同的量值．传统的观念认为伽利略速度变换在宏观世界中太“真实”了，速度变换所依据的绝对时空观本身又实在太“简洁”了，真空光速不变性与可变性之间的矛盾显得格外尖锐．经过思索，爱因斯坦选择了c的不变性，这就意味着必须改造牛顿绝对时空观和伽利略时空度量变换．狭义相对论从此诞生．
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