第十章 确定性的基石：科学（第3/9页）

科学对经验、常识和广为大家接受的概念所造成的冲击，或许可从以太（luminiferous ether）这个问题得到最充分的说明。这个问题就像在18世纪化学革命发生以前用以解释燃烧的“燃素”问题一样，现在几乎已被大家遗忘。以太据说是一种充满宇宙的物质，具有可以伸缩、稳固、无法压缩和无摩擦性等性质。当时人并没有证据可以证明以太的存在，但是，在一个本质上是机械性的而又不相信任何所谓“远距离行动”的世界观中，它非存在不可。这主要是因为19世纪的物理学充满了波，由光波开始（其实际速度到这时初次确定），后又因电磁学研究的进展而大量增加，自麦克斯韦（Maxwell）以后，电磁学也开始研究光波。然而，在一个机械观的物质世界，波必须是某种东西的波，正如海的波浪是水的波浪一样。当波的运动越来越成为这个自然世界观的中心时（引一位绝不天真的当时人的话），“就所有有关它存在的已知证据都是在这段时期所搜集的来说，以太是19世纪所发现的。”[9] 简而言之，它之所以被发明，是因为正如所有权威物理学家所主张的［持异议者非常少，其中包括发现无线电波的赫兹（Heinrich Hertz，1857—1894）和著名的科学哲学家马赫（Ernst Mach，1836—1916）］，“我们将不可能懂得光、辐射、电或磁；如果没有它，或许不会有像万有引力这样的东西”。[10] 因为机械性的世界观需要它通过某种物质媒介来发挥作用。

可是，如果它存在，它必然具有机械的特性，不论这些特性有否借着新的电磁学概念而被人详细叙述。这个问题引起了相当大的困难，因为自法拉第（Faraday）和麦克斯韦的时代起，物理学便采用两种观念上的体系，这两种体系不容易结合，而且事实上彼此越走越远。其中之一是个别的“粒子”（matter）物理，另一个是连续的“场”（field）物理。最简便的假设似乎是：就移动中的物质而论，以太是固定的。洛伦兹（H. A. Lorentz，1853—1928）曾经详细说明这种理论，洛伦兹是一位杰出的荷兰科学家，他与其他的荷兰科学家共同致力于使本书所述时期成为可以与17世纪相媲美的荷兰科学黄金时代。但是这个理论如今已可进行测试，而两位美国人——迈克耳孙（A. A. Michelson，1852—1931）和莫雷（E. W. Morley，1838—1923）——在1887年一项著名而且富想象力的实验中，曾尝试验证这个理论。这项实验的结果似乎不可解释。由于它不可解释，加上它又与根深蒂固的信念不符，因此在1920年以前，科学家们不断尽可能地小心重复这项实验，可是结果都一样。

地球在静止以太中的移动速度为何？将一道光线分为两部分，沿互相成直角的两道等长通路来回移动，而后又再度合为一道光线。如果地球循这道光线其中之一的方向移动，则在光这一部分的前进中，仪器的移动应使两部分光线的路线不相等。这应该是可以检测出来的。但结果却不能。以太（不论它是什么）看起来好像是和地球一起移动，似乎也随着任何其他被度量的东西一起移动。以太似乎根本没有物理特征，或者是任何与物质有关的理论都无法解释的。在这种情况下，唯一的选择，就是抛弃已经确立的宇宙科学形象。

不会使熟悉科学史的读者感到意外的是，洛伦兹喜欢理论甚于事实。因此，他想要把迈克耳孙和莫雷的实验搪塞过去，以便挽救那个被认为是“现代物理学杠杆支点”的以太。[11] 他那种不同寻常的理论使他成为“相对论的施洗者约翰”。[12] 假设时间和空间可以稍微拉开一点儿，以便当一个物体在面对它移动的方向时，看上去比当它静止或面对反方向时短，那么，迈克耳孙和莫雷的仪器可能掩盖了以太的静止性。有人认为，这个假说非常近似爱因斯坦的狭义相对论（1905年）。但是洛伦兹和他同时代人所做的，却是打碎了那个他们竭力想要保全的传统物理学。可是爱因斯坦不然。当迈克耳孙和莫雷得到令人惊奇的结论时，爱因斯坦还是一个小孩。他在进行研究之际，随时准备扬弃以往的古老观念。没有绝对的移动。没有以太，就算有，物理学家也对它不感兴趣。无论如何，物理学的旧秩序已注定要消亡。

从这个富有教育意义的插曲中，我们可以得到两个结论。第一个结论符合科学和科学史家承自19世纪的唯理主义理想，即事实胜于理论。由于电磁学的发展和许多种新辐射能的发现——无线电波（赫兹，1883年）、X线［伦琴（Röntgen），1895年］、放射能［贝克勒尔（Becquerel），1896年］，由于将正统理论延伸为各种奇形怪状的需要日增，由于迈克耳孙和莫雷的实验，理论迟早将做根本更动以符合事实。无足为奇的是，这种改变没有立刻发生，但其速度已经够快了。我们可以相当肯定地说，这个转变发生在1895—1905这10年间。