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陈年往事:学术争论(5)关于以太的争论

已有 3699 次阅读 2016-9-14 16:27 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

       以太,被批判成唯心主义的典范性概念。对以太是否存在的学术争论导致极为著名的麦克尔逊-莫雷实验。并由这个实验导致真空中光速不变的结论,成为相对论的实验依据。

固体可以传播纵波。其基本理论方程为:S2U=(1/Cp2)T2U。其中,S2为空间二阶偏导数,T2为时间二阶偏导数。U为传播方向的位移量。Cp为纵波波速。

       后来,在固体中发现了横波,S2W=(1/Cs2)T2WW为正交于传播方向的位移量。Cs为横波波速。

       核兹对麦克斯韦方程组的研究给出了真空中的电磁波的波动方程:S2E=(1/C2)T2EE为电场;S2H=(1/C2)T2HH为磁场。电场和磁场满足同样的波动方程,波速为C(光速)。

与固体的波动方程对比,第一个问题是:电磁波为纵波还是横波?研究给出的结论是:电磁波为横波。进一步的推论是,光就是电磁波。

第二个问题就是:谁在传播电磁波呢?得有媒介,这个媒介就被称为“以太”。在以太中,只有横波,从而理论上,以太是不可压缩的。不可压缩意味着空间的体积不变,也就是电磁波不会改变空间的体积。如果要实际观测“以太”,就要把它想象为一种流动。

正方为了证明自身的理论,作如下实验设计:最简单的流动就是单向流动,假设其流动方向与地球转动方向一致,则对点光源,沿地球转动方向的光,其绝对速度是C+VV为地面点线速度;而沿反方向传播的光,其绝对速度是C-V。从而,对固定光源-接收距离,能观测到速度V的效应。这个实验的实现就是麦克尔逊-莫雷实验。

令正方难受的是:麦克尔逊-莫雷实验否定了能观测到速度V的效应,从而,实验结论是没有发现这样的“以太”。

反方的力量从一开始就非常的弱,他们的主要立足点就是电磁波的传播媒介是否为“以太”。弱在何处呢?就当时的认识而言,波的传播是需要媒介的。你可以否定是这种媒介,或是那种媒介。你也可以断言:电磁播的传播不需要媒介。

在这场学术争论中,在麦克尔逊-莫雷实验进行以前,正方基本是全胜。大获全胜的正方力推麦克尔逊-莫雷实验的进行。

但是,结果是令正方完全的失败。在实验事实面前的失败。

也正是在这个意义上,麦克尔逊-莫雷实验被看成是经典理论的一朵乌云。

用这朵乌云来否定电磁场理论绝对是不行的。但是,它否定了“以太”,从而否定了电磁波需要传播媒介的推论。

从理论上看,麦克尔逊-莫雷实验证明了电磁波S2E=(1/C2)T2E的传播速度是绝对量,为真空的基本量,与场源的运动速度无关。

对“以太”是否存在的争论以“以太”不存在结束。从而,正方、反方的论据事实上都是无效的。科学界陷入困境。

学界目前公认的是:相对论是摆脱这个困境的基础科学理论。

总而言之,“以太”问题的科学争论先是令学界陷入困境,尔后是爆发出相对论理论。从而,把相对论看成是历史性的关键时刻的关键理论创新。

本质意义上的科学争论导致科学理论的革命性进步!

 

 



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