摘要：关于19世纪末物理学界的“两朵乌云”之说，其中之一便是迈克尔逊-莫雷实验，有人甚至以为此实验直接诱发了狭义相对论的诞生，实则夸大其词。
答案并非如表面所显，狭义相对论的提出，与迈克尔逊-莫雷实验关联不深，背后有其他缘由。
关于19世纪末物理学界的“两朵乌云”之说，其中之一便是迈克尔逊-莫雷实验，有人甚至以为此实验直接诱发了狭义相对论的诞生，实则夸大其词。
从时间角度审视，迈克尔逊-莫雷实验在1887年展开，而爱因斯坦的狭义相对论却在1905年才问世，相隔长达十余年，但时间间隔并不能说明什么问题。
首先梳理迈克尔逊-莫雷实验的背景，实验围绕“以太”概念展开，明确目标就是寻求以太存在的实证。
那么，究竟何为“以太”呢？
“以太”一词古而有之，最初由亚里士多德提出，但古代“以太”和近现代物理学中的“以太”概念截然不同，当时更多停留在哲学层面，与物理学全无关联。在亚里士多德时代，甚至没有物理学这一学科。
亚里士多德相信，世间万物由四大元素和以太构成，四大元素即水火气土，与我国古代的五行说并无二致。四大元素可见可感，而以太则不为感知所及。
而首个将“以太”引入物理学的是笛卡尔，其引入“以太”解释力的超距作用。随着时间推移，“以太”概念在近代物理学中越发流行，得到惠更斯、胡可等科学家的认可。在他们看来，光作为一种波，传播必然需要媒介，他们将这种媒介认定为以太。
牛顿虽然坚持光是粒子，但他同样认可“以太”的存在，因为对于他来说，“以太”对牛顿力学体系至关重要。为何？
因为牛顿力学的基石就是绝对时空观，宇宙中存在绝对静止的参照系，而以太恰好满足这一特点。
托马斯·杨的双缝实验证明了光的波动性，而麦克斯韦的电磁理论同样将光视为电磁波，他们也认为电磁波的传播需要媒介，即以太。
于是，牛顿和麦克斯韦等物理学大家，都认同光传播需要以太作为媒介。
但问题在于，当时的物理学界尽管讨论以太不休，可究竟何为以太？
整体而言，“以太”只是一个假定的概念，显然仅凭假设是不够的，科学需要实验的支撑，否则仅凭假设逃避问题，显然行不通。
特别是在麦克斯韦方程组推演出的光速计算公式中，光速与参照系无关，这对于当时的物理学界来说，是难以接受的，因为这意味着牛顿经典力学的崩溃。
当时的物理学家们将以太视为光的参照系，但必须找到以太的实证，否则“以太”概念便无说服力。
在更早的时候，法拉第曾试图以“场”的概念取代以太，但他的这个想法并未引起广泛关注，而他的弟子麦克斯韦却认同以太的存在，因此法拉第的“以太即场”理论并未造成太大影响。
无论如何，找到以太的证据至关重要，迈克尔逊-莫雷实验便是在这种背景下展开的。
理论上，找寻以太证据似乎并不难。因为以太是绝对静止的，那么以太相对于太阳也应是静止的。地球绕太阳运行，速度可达每秒30公里，当地球向太阳方向运动时，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（每秒30公里），那么当地球朝向和背离太阳运动时，测量出的光速应分别为c-v和c+v。
也就是说，地球的运动方向不同，测量的光速便不同。迈克尔逊-莫雷实验的具体过程虽不尽相同，但原理一致，均利用地球运动造成光速的改变。
然而实验结果出乎所有人预料，无论地球朝哪个方向运动，测量出的光速始终不变。面对这一结果，连迈克尔逊和莫雷都无法置信，他们宁愿相信是实验过程或仪器出了问题，也不愿接受这一结果。
实际上，现在看来，当时的物理学界对这一结果的反应并不意外，因为如果光速不变，就意味着牛顿经典力学的瓦解，他们怎能轻易接受牛顿力学的垮台？
于是，迈克尔逊和莫雷细致检查实验过程，提高实验仪器精度，并多次重复实验，结果依然如故。其他许多物理学家也做了类似实验，结论一样。
面对这样的结果，迈克尔逊和莫雷只能无奈接受，尽管他们内心对此结果非常抵触。他们不得不承认实验结果，尽管这无异于他们世界观的颠覆。
公布结果后，物理学界大为震惊，虽然结果指向了“光速不变”，意味着以太可能不存在，但物理学家们并未放弃以太，他们试图基于实验结果修正以太的概念，而非彻底否定。
可见，当时的牛顿力学在物理学界中地位之崇高。
在这种背景下，洛伦兹变换应运而生，它是修正以太的产物，为诠释迈克尔逊-莫雷实验而提出。洛伦兹变换不认为光速不变，仍坚持以太存在，认为以太会沿运动方向收缩，从而导致测量结果的差异。
也就是说，洛伦兹变换仍然建立在绝对时空观的基础上，认为以太是绝对静止的参照系。洛伦兹变换提出时间早于狭义相对论，旨在诠释以太。
爱因斯坦提出的狭义相对论，否定了以太的存在，提出光速不变，基于光速不变原理和狭义相对性原理，爱因斯坦提出了伟大的相对论。
在爱因斯坦的理论中，以太不存在，时空也不是绝对的。
因此，爱因斯坦的相对论与迈克尔逊-莫雷实验并无直接联系，它完全否定了以太和牛顿力学体系的绝对时空观，而迈克尔逊-莫雷实验则寻求以太的证据，虽然实验结果表明以太不存在，但多数物理学家不愿相信这一结果，他们通过各种方式对以太的概念进行修正，使之符合实验结果，洛伦兹变换便是其中之一。
爱因斯坦的相对论得出的结果与洛伦兹变换相吻合，这也解释了为何洛伦兹变换成为相对论的基本公式。
如今看来，洛伦兹变换中“以太在运动方向上的收缩”与狭义相对论中“空间在运动方向上的收缩”在本质上并无区别，我们完全可以将以太理解为“空间”。
实际上，科学界中有观点认为洛伦兹才是提出狭义相对论的第一人，这并非无据。洛伦兹已接近相对论的真相，只是未最后突破。
爱因斯坦与洛伦兹是挚友，洛伦兹去世后，爱因斯坦在悼词中表达了对洛伦兹思想的深深敬仰，但具体影响如何，我们不得而知。
总结而言，尽管狭义相对论与迈克尔逊-莫雷实验联系不深，但实验无疑对爱因斯坦产生了影响。毕竟，作为当时物理学界的重大实验，爱因斯坦不可能不知晓。同时，狭义相对论中直接引用了洛伦兹变换，爱因斯坦对公式背后的含义自然了如指掌。
也许，迈克尔逊-莫雷实验仅是爱因斯坦灵感的来源之一，正如麦克斯韦方程组推导出的光速不变公式一样。在灵感的基础上，爱因斯坦遵循“奥卡姆剃刀原理”，果断剔除了“以太”的概念！
来源：宇宙探索