相对论④︱光，你这头倔驴！

在牛顿的墓碑上，刻着英国18世纪最伟大诗人亚历山大·蒲柏为他写的墓志铭：

自然界和自然规律隐藏在黑暗中：

上帝说，让牛顿出生吧！于是一切都被照亮。

蒲柏把牛顿比作光。牛顿肯定不会想到，反倒是光跟他过不去，导致使经典力学陷入危机。

1｜波

事实上，对于光速与光源的速度无关这个现象，物理学家并不是特别惊讶。因为电磁波本来就是脱离最早产生它的电荷和电流而独立存在。

“波”是什么呢？我们向平静的湖面扔一块石头，水面就会产生一层层的波纹，慢慢传播出去，这就是波动。

波在向四周传递时，是波的“形态”在传播。湖面上的水在一个小范围来回运动，而湖水本身并没有往外传播。在大尺度上，水并没有动，是波在相对于水而动。

声波也是这样。远处的人对你讲话，你能听到他的声音，那是声波在空气中传递的结果。声波从Ta的嘴边，传到你的耳朵——但是那个人并没有把他嘴边的空气吹到你的耳旁。

2｜以太

物理学家有一种普遍的看法，光速可以与光源的速度无关，但光应该是相对于某种遍布空间的介质的波动，光速就是相对于这种“介质”的速度。

你看，水波是相对于水面的运动，声波是相对于空气的运动，光波也应该是相对于某种介质的运动。

这个假想中的介质，被称作“以太”。

其实，物理学家既没有观察到“以太”的存在，也不是固执地相信光的传递非得有一种介质。他们凭空创造出“以太”这么个玩艺儿，纯粹是为了回答“光速到底是相对于谁”这个问题。

就如同一个安宁的小镇，人们世代平静地生活着。谁是谁的父亲，谁是谁的儿子，谁家的房子在哪儿，四邻八家都是谁——人们总能根据一个人的相对关系，在“坐标系”给Ta一个位置。

可是，他们忽然发现，有一个在小镇呆了很久的家伙，居然没有父母儿女，没有亲戚朋友，没有固定居所，不论怎样都没办法给他固定一个合适的位置。镇里的长老们怎么能不疑虑重重？

3｜光，你这头倔驴！

以太，就是物理学家给光设置的坐标系。

可是，如果“以太”这东西确实存在，光速倒是有了合理的解释——光速是相对于以太的传播速度。

但牛顿老师关于“匀速直线运动和静止没有区别”这个论断就错了。我们完全可以说“相对于以太的静止”就是绝对的静止，它跟运动有本质的区别。

设想一下，地球在绕着太阳公转。如果“以太”存在，我们就一定能找到一个方向，在这个方向上，一束光线相对于“以太”是30万公里/秒，但相对于公转的地球，它就会增大或者减少一点点。如果事实如此，那么就可以证明，“以太”这个东西确实存在。

但是，美国物理学家通过著名的“迈克尔逊-莫雷实验”证明：地球上的光速在所有方向上都是一样的。也就是说，根本就没有“以太”。

好了，概括一下“以太”不存在说明了什么：

1. 光根本不需要介质，就能在空间传播。

2. 经典力学关于“匀速直线运动和静止没有区别”的信念是对的。

3. 敲黑板，说重点——物理学家还是整不明白“光速到底是相对于谁的”。

光，就像一头闯入经典力学大厦的驴子，踢翻了碗碟，践踏着草坪，撞击着梁柱。物理学家眼见着它四处横行，却没有一点办法。他们手里现有的缰绳，根本套不住这头不驯服的倔驴。

经典力学陷入了危机。

（万维钢《精英日课》笔记）