从测量地球周长到发展光学 人类史上十个最重要实验

　　迈克尔逊与莫雷试图观测以太

　　时间：1881年

　　当你大喊一声，声波就会穿过媒介（空气），传到别人的耳朵里。海浪也有自己的运动介质（海水）。但光波却是个例外。即使在真空中、在没有空气和水等介质的情况下，光也能通过某种方式传播。它究竟是怎么做到的呢？

　　19世纪末的主流物理学认为，光是通过一种无处不在的隐形介质传播的，这种介质名叫“发光以太”。为此，阿尔伯特•迈克尔逊（Albert Michelson）和同事爱德华•莫雷（Edward W。 Morley）设计了一套实验，希望能证实这种以太的存在。这项实验虽然没能成功，却成为了史上最著名的失败实验之一。

　　两位科学家的假设是这样的：地球在公转过程中，会不断在以太中穿行，产生“以太风”。这样一来，顺着以太风方向传播的光束速度就应当比“逆风”的光束快一些。

　　考虑到这种效应必定十分微弱，迈克尔逊对实验进行了精心设计。19世纪80年代初，他发明了一种干涉仪。该仪器可以让不同的光束交织在一起、产生干涉条纹，就像湖面上的涟漪一样。在迈克尔逊干涉仪中，一束光先是通过一面单面镜，然后分成两束光，朝相互垂直的方向分别向前运动。运动一段距离之后，两束光会在击中镜面后折返，然后分别穿过中心交汇点。如果因为传播过程中的位移情况不均等（如受到以太风影响）、造成两束光抵达中心点的时间不同，就会产生干涉条纹。

　　为了避免干涉仪的精密配置受到震动影响，他们将干涉仪放在一块砂岩板上，让其飘浮在水银表面，使摩擦力几乎为零。整套装置被放置在一座教学楼的地下室中，进一步与外界隔绝。迈克尔逊和莫雷缓慢地转动砂岩板，期望能看到在以太影响下产生的光线干涉条纹。

　　结果一无所获。光速并未发生任何变化。

　　然而，两位研究人员均未意识到此次“一无所获”的重要性，而是将其归结为实验误差、就转而投向其它项目了。（不过在1907年，迈克尔逊因为这项以光学仪器为基础的研究，成为了首位获诺贝尔奖的美国人。）迈克尔逊和莫雷在以太理论上一脚踢破的这个漏洞虽属无意，却启发他人开展了一系列进一步研究、提出了更多相关理论。最终，爱因斯坦在1905年提出了突破性的狭义相对论，创造了光线传播的新范式。

　　玛丽•居里做出重要功劳

　　时间：1898年

　　在历史记载的重要科学实验中，女性的身影寥寥无几，反映了女性曾被长时间地排除在这门学科之外。但玛丽•斯科罗多斯卡的出现打破了这条铁律。

　　玛丽•斯科罗多斯卡1867年生于波兰华沙。24岁时，为了进一步学习数学和物理，她移民到了巴黎，在那里遇见并嫁给了物理学家皮埃尔•居里。皮埃尔是一位智力相当的伴侣，在他的帮助下，玛丽•居里的革命性创意才在这个被男性主导的领域中获得了一席之地。正如后人评价的那样：“若不是因为皮埃尔，玛丽永远不会被科学界接纳。”

　　居里夫妇大多数时间都在皮埃尔任职的大学里一间改建过的小屋中工作。1897年，为完成自己的博士论文，玛丽开始研究一年前发现的一种与X射线有些相似的新型放射现象。利用皮埃尔和他的兄弟发明的一种名叫静电计的仪器，玛丽对钍和铀发射的神秘射线进行了观测。结果发现，矿石的放射率与其矿物质组成无关，而仅取决于其中所含的放射性元素的量。

　　玛丽从这一观测结果推断出，某种物质能否释放辐射与分子排列无关。相反，“放射性”（玛丽创造的新词汇）是单个原子本身的固有性质，由原子内部结构产生。在此之前，科学家一直认为原子是一个不可分割的整体，是最初级的粒子。但玛丽成功打开了一扇新的大门，让人们得以从更基础的亚原子层面认识物质。

　　1903年，居里夫人成为了首位获得诺贝尔奖的女性，并于1911年再次获奖（因为她发现了镭和钋两种元素），成为了极少数获两次诺奖的科学家之一。

　　有人评论道，无论是在生活还是工作方面，对于有志于从事科学事业的年轻女性而言，玛丽•居里都是一名出色的榜样。