没想到这个系列在2026年竟然还能更新.

相信大家都知道MM实验证伪了以太学说对吧! 我一开始以为以太学说的生命进程就是这么简单, 只需要测一下各个方向的光速总一致就足够了! 直到前几天狭相课上老师给我们讲了菲涅尔的"介质部分带动以太"假说, 我觉得这个理论(虽然是错的)实在是很聪明, 所以打算来简单写一下整个过程.

首先在MM实验前, Arago就已经意识到了以太风的问题: 由于地球公转, 在一年间的不同时间内, 光速在地球上应该会有一个的差值. 而众所周知, 玻璃的折射率是:

空气玻璃

由于有一个的差值, 上面这个式子被修正为:

空气玻璃

这意味着一年中不同时刻看同一颗星星发出的光, 它射到玻璃上的折射角度可能不同! 可是实验中没有观察到这个现象. 更不要说如果将光看成以太上的弹性波, 那应该有:, 其中是在介质中的以太密度. 如果会变, 那岂不是意味着玻璃中的以太密度也会变! 可如果以太总是绝对静止的, 很显然玻璃中的以太密度并不该变. 感觉以太学说完蛋了!

并没有! 菲涅尔说我们可以打个补丁: 我们让介质部分带动以太运动. 此时为了让玻璃中的以太密度守恒, 假设真空中的以太密度为, 玻璃中的以太密度则必须为, 假设玻璃相对于以太有的速度, 当以太风呼啸而过的时候, 每单位时间单位面积有的以太冲进玻璃中, 可同时如果玻璃中以太能跟着介质部分运动, 假设它们的速度为, 就可以在玻璃中每单位时间单位面积就有的以太离开玻璃. 以太守恒则:

也就是说, 如果介质内的以太可以以的拖拽比例跟着介质运动, 就大获全胜了对吧!

为了验证菲涅尔的这一理论, 斐索设计了这么一个实验(图片来源于网络):

假设在地球上的光速为. 中间两段从上到下的光路耗时当然是一样的啦, 但是考虑上下两段光路的耗时, 假设水流速度为, 水流介质折射率为, 对于上半段来说, 此时光速为; 对于下半段来说, 光速为. 这里存在一个时间差, 让我们来计算一下:

做了个实验发现完全符合, 赢!

此外你会发现, 在上面这个过程中, 一块玻璃的折射率是完全不受以太风影响的(这也是为什么我们上面没有考虑以太风). 此外你会发现这个过程甚至是线性的: 惯性参考系只需要知道它与惯性参考系的相对速度差以及参考系下测的光速为, 就可以计算在下的光速, 而完全不用返回去计算相对于以太的速度差.

欸不对啊,虽然速度是可以加减的, 但是时间可是速度的倒数啊, 这不会出问题么?

你可以看下面这个实验图(图源于课程ppt), 其中假设地球相对于以太的速度为:

可以见到, 红色部分的耗时为:

蓝色部分的耗时为:

来算一下两部分的差(约等于的那一步对分母使用泰勒展开):

可以看到最后的量级在级别, 这已经是可以忽略的量了, 因此在时间上也不会出问题, 完胜!