爱因斯坦是举世闻名的科学家，他的名字在某种意义上已成为科学家的代名词。迈克尔逊也是科学界耳熟能详的名字，他曾担任美国科学促进协会主席、美国科学院院长，是美国历史上第一位诺贝尔物理学奖获得者。两位大科学家由于狭义相对论的起源问题而紧密联系起来。在考察狭义相对论的起源时，人们经常会问，著名的迈克尔逊实验对狭义相对论究竟有没有起作用？如果答案是肯定的，那么它又有多大的作用？

　　迈克尔逊实验间接影响狭义相对论

　　迈克尔逊实验与一种叫 “以太”的物质有关。以太是古希腊哲学家亚里士多德假设的一种物质，由其构成永恒不变的天体。到了19世纪，以太被假想为传播电磁波的一种媒介。为了解释一些物理现象，人们赋予以太各种特征，包括以太无处不在、绝对静止、对运动物体不产生阻力等。如果把以太看作是绝对静止的参考系，从理论上讲，我们应该可以观测到地球相对于以太的运动。迈克尔逊实验的目的就是探测地球相对于以太的运动，尽管这个实验的设计非常精密，但却没有探测到以太漂移的现象。迈克尔逊本人对这个结果感到不可思议，称之为“失败的实验”。

　　迈克尔逊实验意味着，用实验方法不可能测量到物质的绝对运动，只能测量到物质之间的相对运动，这就是所谓的“相对性原理”。众所周知，狭义相对论的两个基本假设就是相对性原理与光速不变原理，爱因斯坦在这两条原理的基础上构建了狭义相对论的理论大厦。那么，迈克尔逊实验对于爱因斯坦坚信相对性原理究竟起到了多大的作用呢？

　　在1905年发表的狭义相对论论文中，爱因斯坦没有提到迈克尔逊及其实验。爱因斯坦只是在论文开头简单地说，企图证实地球相对于“光媒介”运动的实验失败，使得人们可以猜想绝对静止的概念在力学和电动力学中都不符合现象的特性。在后来的一些回忆文章中，爱因斯坦大多对迈克尔逊实验在狭义相对论起源中的作用持否定态度。比如，1952年爱因斯坦在纪念迈克尔逊诞辰一百周年的贺信中说：“著名的迈克尔逊实验对我自己思考的影响倒是间接的。”又如，1954年爱因斯坦在给达文波特的信中说：“在我自己的思想发展中，迈克尔逊实验的结果并没有引起很大的影响。我甚至记不起，在我写关于这个题目的第一篇论文时，究竟是不是知道它。”

　　相反，在其他一些科学家、科学哲学家的言论和著作中，我们经常可以看到把相对论与迈克尔逊实验联系起来的论述。法国哲学家巴奇拉德在为庆祝爱因斯坦70岁生日而写的一篇文章中说，相对论是迈克尔逊实验“失败”的产物。德国科学家维恩说：“迈克尔逊实验的负结果是一个相对论赖以支持的经验事实。这个实验对于相对论的重要意义就如同永动机对于能量守恒定律一样。”

　　顺便说一句，即使迈克尔逊实验对狭义相对论的创立有影响，也是与相对性原理有关，而不是光速不变原理。在有的文献中把迈克尔逊实验当作是相对论的光速不变原理的实验基础，其实是一种误解。

　　“辩护的语境”中的迈克尔逊实验

　　那么，我们又该如何看待关于相对论与迈克尔逊实验之关系的各种不同看法呢？在考察相关的论述时，我们需要进行“发现的语境”和“辩护的语境”之间的区分。前者关注于科学假说、科学理论的提出过程，后者关注于科学假说与理论是如何得到证明或辩护的。

　　从区分两种语境的角度看，爱因斯坦认为迈克尔逊实验跟狭义相对论有关联的论述大多是在“辩护的语境”中讲到的，也就是认为该实验对于人们接受相对性原理与相对论起到了一定的作用。比如，在1921年发表于英国《自然》杂志的《相对论发展简述》一文中，爱因斯坦指出：“一切经验，包括电动力学领域里的一切经验（特别是迈克尔逊实验），都支持一切惯性系的等效性这个观念，也就是说，都是支持狭义相对性原理的。”爱因斯坦在《相对论的意义》一书中，以及在其他一些场合的讲话中多次重复这种思想。

　　爱因斯坦一生中与迈克尔逊本人可能只有两次碰面。1931年1月，爱因斯坦在参观美国威尔逊山天文台时，向年迈的迈克尔逊表示了敬意，赞扬了他著名的以太漂移实验，但并没有表明它是狭义相对论的基础。同年1月15日，爱因斯坦在一次有许多科学家参加的宴会上又遇见了迈克尔逊。爱因斯坦在宴会上发言说：“您（迈克尔逊）揭示了当时存在的光以太理论中的一个包蔽着的缺陷，它启发了洛伦兹和斐兹杰惹的思想，狭义相对论正是从这些思想中发展起来的。”在这里，爱因斯坦明确指出迈克尔逊对狭义相对论的影响是间接的。迈克尔逊于1931年5月逝世，柏林物理学会于7月举行了纪念会议，爱因斯坦在发言中说，迈克尔逊实验的负结果大大提高了人们对相对论有效性的信心。

　　爱因斯坦有时也在 “发现的语境”中提到迈克尔逊实验。1922年底，爱因斯坦在日本京都大学作了一次题为“我是如何创立相对论的”演讲。不过，爱因斯坦并没有书面讲稿，他是用德语演讲的，由日本学者石原纯翻译，后来石原纯在日本杂志上发表了爱因斯坦的演讲笔记。1982年，日本学者小野将石原纯的笔记翻译成英文，发表在《今日物理学》上。《世界科学》1983年第1期将其译为中文，文中说：“当时我知道迈克尔逊实验的奇怪的结果。我很快得出结论，如果我们承认迈克尔逊的零结果是事实，那么地球相对于以太运动的想法就是错的。这是引导我走向狭义相对论的最早想法。”爱因斯坦在这里罕见地明确肯定迈克尔逊实验对狭义相对论的关键性作用，所以这条史料得到许多学者的广泛引用。

　　但是，日本学者板垣良一发现，小野对石原纯的翻译有误，并给出了新的译文。正确的译文应该是：“但是，当我还是一名学生时，我的脑海里就有这些想法了，如果我知道了迈克尔逊实验的奇怪的结果，并且把它视为一个事实的话，我可能会直觉地认识到，我们认为地球相对于以太运动是错误的。”也就是说，如果板垣良一的翻译是正确的，那么这条史料的意义就完全颠倒过来了。

　　总的来说，爱因斯坦主要是在“辩护的语境”中提到迈克尔逊实验，在“发现的语境”中讲该实验的情况相对较少，而且有的史料的真实性与正确性还是存疑的。

　　经验与理论假设没有直接逻辑联系

　　科学实验是获取科学事实的基本方法之一，科学实验对于科学进步的重要性是不言而喻的。但是，从科学事实到科学理论之间的过程，可能并不像通常人们所描述的那样简单，这个过程需要大量艰苦的创造性工作。爱因斯坦认为，理论的公理体系是以直接经验为基础的，但公理体系与直接经验之间不存在任何必然的逻辑联系，它们之间只有一个不是必然的直觉的联系。可见，爱因斯坦认为经验与理论假设之间没有直接的逻辑联系，因此他并不认为科学理论可以通过归纳的方式得到。他说：“在我们的思维和我们的语言表述中所出现的各种概念，从逻辑上看，都是思维的自由创造，它们不能从感觉经验中归纳得到。”在爱因斯坦看来，感觉经验的世界与概念和命题的世界之间有一条逻辑上不能逾越的鸿沟。如何以非逻辑的方式跨越这条鸿沟呢？这就需要科学家具有个性特征的创造性工作了。

　　虽然科学实验对于科学理论的创立可能并不具有直接的作用，但科学理论能否被科学共同体所接受，精密的科学实验通常具有关键性的作用。虽然英国天文学家爱丁顿于1919年11月宣布日食观测结果与爱因斯坦的广义相对论预言相符，但诺贝尔奖委员会仍然持谨慎态度。后来，爱因斯坦因为光电效应的论文（而不是相对论）获得1921年的诺贝尔物理学奖，成为科学史上的一段趣事。事实上爱丁顿的观测结果的确是草率的，后来科学家以误差小于1%的精度证实了广义相对论的预言，已经是20世纪70年代的事了。

　　（作者单位：上海交通大学科学史与科学文化研究院）