回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
科學家們將白光中不同顏色的光分離出來，使其通過單縫、雙縫或衍射光柵，觀察到了只有波才能產生的圖案。這些圖案中有波峰有波谷，這讓人們立刻聯想到了眾所周知的波浪，比如水波。這個實驗就是著名的楊氏雙縫干涉，是由著名的富二代科學家托馬斯·楊完成的，這個實驗也一舉奠定了光的波動說。
光傳播的介質“以太”
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
科學家們將白光中不同顏色的光分離出來，使其通過單縫、雙縫或衍射光柵，觀察到了只有波才能產生的圖案。這些圖案中有波峰有波谷，這讓人們立刻聯想到了眾所周知的波浪，比如水波。這個實驗就是著名的楊氏雙縫干涉，是由著名的富二代科學家托馬斯·楊完成的，這個實驗也一舉奠定了光的波動說。
光傳播的介質“以太”
當時人們知道，水波是以水為介質傳播的。如果沒有水，就不會有浪!
所有已知的波都是如此:聲音是通過壓縮空氣和震動傳播的，也同樣需要介質才能通過。如果拿走所有的物質，聲音沒有傳播的媒介，因此當時人們就說:“把你扔進太空，是沒有人能聽見你尖叫的。”那麼光波呢？
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
科學家們將白光中不同顏色的光分離出來，使其通過單縫、雙縫或衍射光柵，觀察到了只有波才能產生的圖案。這些圖案中有波峰有波谷，這讓人們立刻聯想到了眾所周知的波浪，比如水波。這個實驗就是著名的楊氏雙縫干涉，是由著名的富二代科學家托馬斯·楊完成的，這個實驗也一舉奠定了光的波動說。
光傳播的介質“以太”
當時人們知道，水波是以水為介質傳播的。如果沒有水，就不會有浪!
所有已知的波都是如此:聲音是通過壓縮空氣和震動傳播的，也同樣需要介質才能通過。如果拿走所有的物質，聲音沒有傳播的媒介，因此當時人們就說:“把你扔進太空，是沒有人能聽見你尖叫的。”那麼光波呢？
在19世紀60年代麥克斯韋更是憑藉自己非凡的數學能力算出了光是一種電磁波，那既然都是波，人們相信一定存在一種物質來作為光波傳播的媒介。當時沒有人能測量這種介質，也沒有人知道它是什麼，但人們堅信它的存在就起了個名字叫:以太。
現在是不是覺得當時的人們完全是在胡亂猜測，沒有科學的嚴謹性？不是的，其實我們現在也這麼幹，例如：暗物質。事實上，這正是體現了科學思想的所有特徵，不管是以太、還是暗物質都是建立在先前已有的科學基礎之上，唯一的區別就是我們對以太提出了檢測它是否存在的辦法。
歷史上最著名的“失敗”實驗
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
科學家們將白光中不同顏色的光分離出來，使其通過單縫、雙縫或衍射光柵，觀察到了只有波才能產生的圖案。這些圖案中有波峰有波谷，這讓人們立刻聯想到了眾所周知的波浪，比如水波。這個實驗就是著名的楊氏雙縫干涉，是由著名的富二代科學家托馬斯·楊完成的，這個實驗也一舉奠定了光的波動說。
光傳播的介質“以太”
當時人們知道，水波是以水為介質傳播的。如果沒有水，就不會有浪!
所有已知的波都是如此:聲音是通過壓縮空氣和震動傳播的，也同樣需要介質才能通過。如果拿走所有的物質，聲音沒有傳播的媒介，因此當時人們就說:“把你扔進太空，是沒有人能聽見你尖叫的。”那麼光波呢？
在19世紀60年代麥克斯韋更是憑藉自己非凡的數學能力算出了光是一種電磁波，那既然都是波，人們相信一定存在一種物質來作為光波傳播的媒介。當時沒有人能測量這種介質，也沒有人知道它是什麼，但人們堅信它的存在就起了個名字叫:以太。
現在是不是覺得當時的人們完全是在胡亂猜測，沒有科學的嚴謹性？不是的，其實我們現在也這麼幹，例如：暗物質。事實上，這正是體現了科學思想的所有特徵，不管是以太、還是暗物質都是建立在先前已有的科學基礎之上，唯一的區別就是我們對以太提出了檢測它是否存在的辦法。
歷史上最著名的“失敗”實驗
道理其實很簡單，想象一下，你把一塊石頭扔進上圖洶湧的河裡，如果水流不動那麼激起的波浪，將以特定的速度移動。
如果水流向下游移動，因為承載波浪的介質在移動，所以順著水流的波浪會移動的更快。逆流的波浪會移動的更慢。
雖然人們從未被發現或檢測到以太，但阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜(Albert A. Michelson)將同樣的原理應用於光波在以太中穿行，並設計了一項巧妙的實驗。
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
科學家們將白光中不同顏色的光分離出來，使其通過單縫、雙縫或衍射光柵，觀察到了只有波才能產生的圖案。這些圖案中有波峰有波谷，這讓人們立刻聯想到了眾所周知的波浪，比如水波。這個實驗就是著名的楊氏雙縫干涉，是由著名的富二代科學家托馬斯·楊完成的，這個實驗也一舉奠定了光的波動說。
光傳播的介質“以太”
當時人們知道，水波是以水為介質傳播的。如果沒有水，就不會有浪!
所有已知的波都是如此:聲音是通過壓縮空氣和震動傳播的，也同樣需要介質才能通過。如果拿走所有的物質，聲音沒有傳播的媒介，因此當時人們就說:“把你扔進太空，是沒有人能聽見你尖叫的。”那麼光波呢？
在19世紀60年代麥克斯韋更是憑藉自己非凡的數學能力算出了光是一種電磁波，那既然都是波，人們相信一定存在一種物質來作為光波傳播的媒介。當時沒有人能測量這種介質，也沒有人知道它是什麼，但人們堅信它的存在就起了個名字叫:以太。
現在是不是覺得當時的人們完全是在胡亂猜測，沒有科學的嚴謹性？不是的，其實我們現在也這麼幹，例如：暗物質。事實上，這正是體現了科學思想的所有特徵，不管是以太、還是暗物質都是建立在先前已有的科學基礎之上，唯一的區別就是我們對以太提出了檢測它是否存在的辦法。
歷史上最著名的“失敗”實驗
道理其實很簡單，想象一下，你把一塊石頭扔進上圖洶湧的河裡，如果水流不動那麼激起的波浪，將以特定的速度移動。
如果水流向下游移動，因為承載波浪的介質在移動，所以順著水流的波浪會移動的更快。逆流的波浪會移動的更慢。
雖然人們從未被發現或檢測到以太，但阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜(Albert A. Michelson)將同樣的原理應用於光波在以太中穿行，並設計了一項巧妙的實驗。
上圖我們可以看到地球在軌道上的一些情況，以太是絕對靜止空間的框架，獨立於物質而存在，所以我們地球在軌道上運動時，會迎面吹來相同速度的“以太風”，但是如果以太作為光在真空中傳播的媒介的話，我們就可以想象以下上文中河流扔時候的情形。
原則上，如果我們測量地球在公轉軌道上“上行”、“下行”或垂直於以太時，光的移動速度是否有變化，我們就可以探測到以太是否存在，但是，光速大約是每秒30萬公里/秒，而地球的軌道速度只有30公里/秒，這在19世紀80年代還無法測量這個微小的差別。
但邁克爾遜設計了一個妙計實驗。
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
科學家們將白光中不同顏色的光分離出來，使其通過單縫、雙縫或衍射光柵，觀察到了只有波才能產生的圖案。這些圖案中有波峰有波谷，這讓人們立刻聯想到了眾所周知的波浪，比如水波。這個實驗就是著名的楊氏雙縫干涉，是由著名的富二代科學家托馬斯·楊完成的，這個實驗也一舉奠定了光的波動說。
光傳播的介質“以太”
當時人們知道，水波是以水為介質傳播的。如果沒有水，就不會有浪!
所有已知的波都是如此:聲音是通過壓縮空氣和震動傳播的，也同樣需要介質才能通過。如果拿走所有的物質，聲音沒有傳播的媒介，因此當時人們就說:“把你扔進太空，是沒有人能聽見你尖叫的。”那麼光波呢？
在19世紀60年代麥克斯韋更是憑藉自己非凡的數學能力算出了光是一種電磁波，那既然都是波，人們相信一定存在一種物質來作為光波傳播的媒介。當時沒有人能測量這種介質，也沒有人知道它是什麼，但人們堅信它的存在就起了個名字叫:以太。
現在是不是覺得當時的人們完全是在胡亂猜測，沒有科學的嚴謹性？不是的，其實我們現在也這麼幹，例如：暗物質。事實上，這正是體現了科學思想的所有特徵，不管是以太、還是暗物質都是建立在先前已有的科學基礎之上，唯一的區別就是我們對以太提出了檢測它是否存在的辦法。
歷史上最著名的“失敗”實驗
道理其實很簡單，想象一下，你把一塊石頭扔進上圖洶湧的河裡，如果水流不動那麼激起的波浪，將以特定的速度移動。
如果水流向下游移動，因為承載波浪的介質在移動，所以順著水流的波浪會移動的更快。逆流的波浪會移動的更慢。
雖然人們從未被發現或檢測到以太，但阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜(Albert A. Michelson)將同樣的原理應用於光波在以太中穿行，並設計了一項巧妙的實驗。
上圖我們可以看到地球在軌道上的一些情況，以太是絕對靜止空間的框架，獨立於物質而存在，所以我們地球在軌道上運動時，會迎面吹來相同速度的“以太風”，但是如果以太作為光在真空中傳播的媒介的話，我們就可以想象以下上文中河流扔時候的情形。
原則上，如果我們測量地球在公轉軌道上“上行”、“下行”或垂直於以太時，光的移動速度是否有變化，我們就可以探測到以太是否存在，但是，光速大約是每秒30萬公里/秒，而地球的軌道速度只有30公里/秒，這在19世紀80年代還無法測量這個微小的差別。
但邁克爾遜設計了一個妙計實驗。
1881年，邁克爾遜發明並設計了一臺干涉儀。干涉儀的設計基礎是:光是由波構成的，自身會發生干涉現象。如果取一個光波，把光分成兩個互相垂直的分量(兩束光相對於以太的運動是不同的)，讓兩束光走完全相同的距離，然後反射回來，我們就會觀察到兩束光產生的干涉圖樣是否有位移!
下圖中，如果整個裝置相對於以太是靜止的（不可能靜止），它們產生的干涉圖樣就不會發生位移，但是如果整個裝置向一個方向移動的幅度比另一個方向大，干涉圖樣就會發生位移。
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
科學家們將白光中不同顏色的光分離出來，使其通過單縫、雙縫或衍射光柵，觀察到了只有波才能產生的圖案。這些圖案中有波峰有波谷，這讓人們立刻聯想到了眾所周知的波浪，比如水波。這個實驗就是著名的楊氏雙縫干涉，是由著名的富二代科學家托馬斯·楊完成的，這個實驗也一舉奠定了光的波動說。
光傳播的介質“以太”
當時人們知道，水波是以水為介質傳播的。如果沒有水，就不會有浪!
所有已知的波都是如此:聲音是通過壓縮空氣和震動傳播的，也同樣需要介質才能通過。如果拿走所有的物質，聲音沒有傳播的媒介，因此當時人們就說:“把你扔進太空，是沒有人能聽見你尖叫的。”那麼光波呢？
在19世紀60年代麥克斯韋更是憑藉自己非凡的數學能力算出了光是一種電磁波，那既然都是波，人們相信一定存在一種物質來作為光波傳播的媒介。當時沒有人能測量這種介質，也沒有人知道它是什麼，但人們堅信它的存在就起了個名字叫:以太。
現在是不是覺得當時的人們完全是在胡亂猜測，沒有科學的嚴謹性？不是的，其實我們現在也這麼幹，例如：暗物質。事實上，這正是體現了科學思想的所有特徵，不管是以太、還是暗物質都是建立在先前已有的科學基礎之上，唯一的區別就是我們對以太提出了檢測它是否存在的辦法。
歷史上最著名的“失敗”實驗
道理其實很簡單，想象一下，你把一塊石頭扔進上圖洶湧的河裡，如果水流不動那麼激起的波浪，將以特定的速度移動。
如果水流向下游移動，因為承載波浪的介質在移動，所以順著水流的波浪會移動的更快。逆流的波浪會移動的更慢。
雖然人們從未被發現或檢測到以太，但阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜(Albert A. Michelson)將同樣的原理應用於光波在以太中穿行，並設計了一項巧妙的實驗。
上圖我們可以看到地球在軌道上的一些情況，以太是絕對靜止空間的框架，獨立於物質而存在，所以我們地球在軌道上運動時，會迎面吹來相同速度的“以太風”，但是如果以太作為光在真空中傳播的媒介的話，我們就可以想象以下上文中河流扔時候的情形。
原則上，如果我們測量地球在公轉軌道上“上行”、“下行”或垂直於以太時，光的移動速度是否有變化，我們就可以探測到以太是否存在，但是，光速大約是每秒30萬公里/秒，而地球的軌道速度只有30公里/秒，這在19世紀80年代還無法測量這個微小的差別。
但邁克爾遜設計了一個妙計實驗。
1881年，邁克爾遜發明並設計了一臺干涉儀。干涉儀的設計基礎是:光是由波構成的，自身會發生干涉現象。如果取一個光波，把光分成兩個互相垂直的分量(兩束光相對於以太的運動是不同的)，讓兩束光走完全相同的距離，然後反射回來，我們就會觀察到兩束光產生的干涉圖樣是否有位移!
下圖中，如果整個裝置相對於以太是靜止的（不可能靜止），它們產生的干涉圖樣就不會發生位移，但是如果整個裝置向一個方向移動的幅度比另一個方向大，干涉圖樣就會發生位移。
地球除了在以太中穿行，而且還在自轉，旋轉的地球會以不同的角度朝向以太，所以邁克爾遜在一天中進行了多次實驗。最初的設計無法探測到任何干涉條紋的位移，這就初步說明了實驗失敗。
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
科學家們將白光中不同顏色的光分離出來，使其通過單縫、雙縫或衍射光柵，觀察到了只有波才能產生的圖案。這些圖案中有波峰有波谷，這讓人們立刻聯想到了眾所周知的波浪，比如水波。這個實驗就是著名的楊氏雙縫干涉，是由著名的富二代科學家托馬斯·楊完成的，這個實驗也一舉奠定了光的波動說。
光傳播的介質“以太”
當時人們知道，水波是以水為介質傳播的。如果沒有水，就不會有浪!
所有已知的波都是如此:聲音是通過壓縮空氣和震動傳播的，也同樣需要介質才能通過。如果拿走所有的物質，聲音沒有傳播的媒介，因此當時人們就說:“把你扔進太空，是沒有人能聽見你尖叫的。”那麼光波呢？
在19世紀60年代麥克斯韋更是憑藉自己非凡的數學能力算出了光是一種電磁波，那既然都是波，人們相信一定存在一種物質來作為光波傳播的媒介。當時沒有人能測量這種介質，也沒有人知道它是什麼，但人們堅信它的存在就起了個名字叫:以太。
現在是不是覺得當時的人們完全是在胡亂猜測，沒有科學的嚴謹性？不是的，其實我們現在也這麼幹，例如：暗物質。事實上，這正是體現了科學思想的所有特徵，不管是以太、還是暗物質都是建立在先前已有的科學基礎之上，唯一的區別就是我們對以太提出了檢測它是否存在的辦法。
歷史上最著名的“失敗”實驗
道理其實很簡單，想象一下，你把一塊石頭扔進上圖洶湧的河裡，如果水流不動那麼激起的波浪，將以特定的速度移動。
如果水流向下游移動，因為承載波浪的介質在移動，所以順著水流的波浪會移動的更快。逆流的波浪會移動的更慢。
雖然人們從未被發現或檢測到以太，但阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜(Albert A. Michelson)將同樣的原理應用於光波在以太中穿行，並設計了一項巧妙的實驗。
上圖我們可以看到地球在軌道上的一些情況，以太是絕對靜止空間的框架，獨立於物質而存在，所以我們地球在軌道上運動時，會迎面吹來相同速度的“以太風”，但是如果以太作為光在真空中傳播的媒介的話，我們就可以想象以下上文中河流扔時候的情形。
原則上，如果我們測量地球在公轉軌道上“上行”、“下行”或垂直於以太時，光的移動速度是否有變化，我們就可以探測到以太是否存在，但是，光速大約是每秒30萬公里/秒，而地球的軌道速度只有30公里/秒，這在19世紀80年代還無法測量這個微小的差別。
但邁克爾遜設計了一個妙計實驗。
1881年，邁克爾遜發明並設計了一臺干涉儀。干涉儀的設計基礎是:光是由波構成的，自身會發生干涉現象。如果取一個光波，把光分成兩個互相垂直的分量(兩束光相對於以太的運動是不同的)，讓兩束光走完全相同的距離，然後反射回來，我們就會觀察到兩束光產生的干涉圖樣是否有位移!
下圖中，如果整個裝置相對於以太是靜止的（不可能靜止），它們產生的干涉圖樣就不會發生位移，但是如果整個裝置向一個方向移動的幅度比另一個方向大，干涉圖樣就會發生位移。
地球除了在以太中穿行，而且還在自轉，旋轉的地球會以不同的角度朝向以太，所以邁克爾遜在一天中進行了多次實驗。最初的設計無法探測到任何干涉條紋的位移，這就初步說明了實驗失敗。
但最初的干涉儀臂長只有1.2米，精度受到質疑，實驗結果並不足以讓人們信服。在接下來的六年裡，邁克爾遜和愛德華·莫雷一起設計了一個10倍大(也就是10倍精確)的干涉儀，他們兩人在1887年進行著名的邁克爾遜-莫雷實驗。他們預計全天會有多達0.4條條紋移動。下圖是1887年的原始結果!
回看歷史，我們關注最多的是那些在科學史上取得成功的人物、實驗和理論，這些成功讓我們掌握和理解了一些事物的新現象、新規律和對宇宙的新認識，但科學的進步並非一蹴而就，而是從無數的失敗中一步步走出來的。甚至有些失敗的實驗更是直接促進了科學的發展，我們今天就回到19世紀後半葉，瞭解一個在人類科學進程中著名的“失敗”實驗，這個實驗的失敗直接導致了量子力學和狹義相對論的研究熱潮。
對光的理解，牛頓“微粒說”
在四大基本力中，萬有引力是第一個被人類發現和描述的力，正如牛頓在17世紀提出的萬有引力定律，解釋了地球上和太陽系內天體的運動。幾十年後，也就是1704年，牛頓對光的本質也提出了自己的看法，就是我們熟知的微粒說，該理論認為光是由“粒子”組成的，但是這個“粒子”並不是我們現在認為的粒子，它是剛性粒子，是物質的微小顆粒，它們沿著直線運動。
微粒說解釋了許多當時已經觀察到的現象，包括白光是所有其他顏色光的組合。但隨著時間的推移，許多實驗也揭示了光的波動性質，牛頓的同時代人克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了另一種解釋。（其實光的波動現象我們日常生活中有一個小實驗就可以觀察到，拿一張紙放在陽光下，我們很明顯就能看到紙影子的邊緣呈現出模糊狀，這是微粒說無法解釋的現象。）
惠更斯的波動說
在1678年，惠更斯在法國科學院發表演講公開反對牛頓的微粒說，他認為每一個光源點發出的光，包括向前移動的光，都表現得像一個波，每一個光波都有一個球形波陣面。惠更斯反對牛頓的觀點是：如果認為光是一種微粒，那麼兩條光線在交叉的時候就會發生碰撞，從而改變方向，但是生活中我們並沒有觀察到這個現象。
由於當時的很多實驗不論是通過微粒說還是惠更斯原理都能得出同樣的實驗結果，在加上當時牛頓在科學界的地位和形象是無人能撼動的，惠更斯也沒有活過牛頓，所以波動說也就夭折了。
微粒說也就順勢延續一個多世紀，在1799年的進行的一個實驗終於讓波動說起死回生。
科學家們將白光中不同顏色的光分離出來，使其通過單縫、雙縫或衍射光柵，觀察到了只有波才能產生的圖案。這些圖案中有波峰有波谷，這讓人們立刻聯想到了眾所周知的波浪，比如水波。這個實驗就是著名的楊氏雙縫干涉，是由著名的富二代科學家托馬斯·楊完成的，這個實驗也一舉奠定了光的波動說。
光傳播的介質“以太”
當時人們知道，水波是以水為介質傳播的。如果沒有水，就不會有浪!
所有已知的波都是如此:聲音是通過壓縮空氣和震動傳播的，也同樣需要介質才能通過。如果拿走所有的物質，聲音沒有傳播的媒介，因此當時人們就說:“把你扔進太空，是沒有人能聽見你尖叫的。”那麼光波呢？
在19世紀60年代麥克斯韋更是憑藉自己非凡的數學能力算出了光是一種電磁波，那既然都是波，人們相信一定存在一種物質來作為光波傳播的媒介。當時沒有人能測量這種介質，也沒有人知道它是什麼，但人們堅信它的存在就起了個名字叫:以太。
現在是不是覺得當時的人們完全是在胡亂猜測，沒有科學的嚴謹性？不是的，其實我們現在也這麼幹，例如：暗物質。事實上，這正是體現了科學思想的所有特徵，不管是以太、還是暗物質都是建立在先前已有的科學基礎之上，唯一的區別就是我們對以太提出了檢測它是否存在的辦法。
歷史上最著名的“失敗”實驗
道理其實很簡單，想象一下，你把一塊石頭扔進上圖洶湧的河裡，如果水流不動那麼激起的波浪，將以特定的速度移動。
如果水流向下游移動，因為承載波浪的介質在移動，所以順著水流的波浪會移動的更快。逆流的波浪會移動的更慢。
雖然人們從未被發現或檢測到以太，但阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜(Albert A. Michelson)將同樣的原理應用於光波在以太中穿行，並設計了一項巧妙的實驗。
上圖我們可以看到地球在軌道上的一些情況，以太是絕對靜止空間的框架，獨立於物質而存在，所以我們地球在軌道上運動時，會迎面吹來相同速度的“以太風”，但是如果以太作為光在真空中傳播的媒介的話，我們就可以想象以下上文中河流扔時候的情形。
原則上，如果我們測量地球在公轉軌道上“上行”、“下行”或垂直於以太時，光的移動速度是否有變化，我們就可以探測到以太是否存在，但是，光速大約是每秒30萬公里/秒，而地球的軌道速度只有30公里/秒，這在19世紀80年代還無法測量這個微小的差別。
但邁克爾遜設計了一個妙計實驗。
1881年，邁克爾遜發明並設計了一臺干涉儀。干涉儀的設計基礎是:光是由波構成的，自身會發生干涉現象。如果取一個光波，把光分成兩個互相垂直的分量(兩束光相對於以太的運動是不同的)，讓兩束光走完全相同的距離，然後反射回來，我們就會觀察到兩束光產生的干涉圖樣是否有位移!
下圖中，如果整個裝置相對於以太是靜止的（不可能靜止），它們產生的干涉圖樣就不會發生位移，但是如果整個裝置向一個方向移動的幅度比另一個方向大，干涉圖樣就會發生位移。
地球除了在以太中穿行，而且還在自轉，旋轉的地球會以不同的角度朝向以太，所以邁克爾遜在一天中進行了多次實驗。最初的設計無法探測到任何干涉條紋的位移，這就初步說明了實驗失敗。
但最初的干涉儀臂長只有1.2米，精度受到質疑，實驗結果並不足以讓人們信服。在接下來的六年裡，邁克爾遜和愛德華·莫雷一起設計了一個10倍大(也就是10倍精確)的干涉儀，他們兩人在1887年進行著名的邁克爾遜-莫雷實驗。他們預計全天會有多達0.4條條紋移動。下圖是1887年的原始結果!
這個無效的結果，證明了以太並不存在，沒有什麼以太風，也沒有光傳播的介質，這個0發現實際上是現代科學的一個巨大進步，因為它意味著光與我們所知的其他波有本質的區別。這也證明了光速在不同慣性系和方向上都是相同的，也直接撼動了經典物理學的絕對時空觀，為狹義相對論的誕生提供了一個最基本的原理，光速為什麼恆定？18年後，愛因斯坦的狹義相對論出現時，也順帶解決了這個問題。
邁克爾遜-莫雷實驗的研究成果在科學史上具有革命性的意義，這個實驗也是歷史上唯一一個因為沒有任何發現而獲得諾貝爾獎的實驗。
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