第十章 確定性的基石：科學（第3/9頁）

科學對經驗、常識和廣為大家接受的概念所造成的沖擊，或許可從以太（luminiferous ether）這個問題得到最充分的說明。這個問題就像在18世紀化學革命發生以前用以解釋燃燒的“燃素”問題一樣，現在幾乎已被大家遺忘。以太據說是一種充滿宇宙的物質，具有可以伸縮、穩固、無法壓縮和無摩擦性等性質。當時人並沒有證據可以證明以太的存在，但是，在一個本質上是機械性的而又不相信任何所謂“遠距離行動”的世界觀中，它非存在不可。這主要是因為19世紀的物理學充滿了波，由光波開始（其實際速度到這時初次確定），後又因電磁學研究的進展而大量增加，自麥克斯韋（Maxwell）以後，電磁學也開始研究光波。然而，在一個機械觀的物質世界，波必須是某種東西的波，正如海的波浪是水的波浪一樣。當波的運動越來越成為這個自然世界觀的中心時（引一位絕不天真的當時人的話），“就所有有關它存在的已知證據都是在這段時期所搜集的來說，以太是19世紀所發現的。”[9] 簡而言之，它之所以被發明，是因為正如所有權威物理學家所主張的［持異議者非常少，其中包括發現無線電波的赫茲（Heinrich Hertz，1857—1894）和著名的科學哲學家馬赫（Ernst Mach，1836—1916）］，“我們將不可能懂得光、輻射、電或磁；如果沒有它，或許不會有像萬有引力這樣的東西”。[10] 因為機械性的世界觀需要它通過某種物質媒介來發揮作用。

可是，如果它存在，它必然具有機械的特性，不論這些特性有否借著新的電磁學概念而被人詳細敘述。這個問題引起了相當大的困難，因為自法拉第（Faraday）和麥克斯韋的時代起，物理學便采用兩種觀念上的體系，這兩種體系不容易結合，而且事實上彼此越走越遠。其中之一是個別的“粒子”（matter）物理，另一個是連續的“場”（field）物理。最簡便的假設似乎是：就移動中的物質而論，以太是固定的。洛倫茲（H. A. Lorentz，1853—1928）曾經詳細說明這種理論，洛倫茲是一位傑出的荷蘭科學家，他與其他的荷蘭科學家共同致力於使本書所述時期成為可以與17世紀相媲美的荷蘭科學黃金時代。但是這個理論如今已可進行測試，而兩位美國人——邁克耳孫（A. A. Michelson，1852—1931）和莫雷（E. W. Morley，1838—1923）——在1887年一項著名而且富想象力的實驗中，曾嘗試驗證這個理論。這項實驗的結果似乎不可解釋。由於它不可解釋，加上它又與根深蒂固的信念不符，因此在1920年以前，科學家們不斷盡可能地小心重復這項實驗，可是結果都一樣。

地球在靜止以太中的移動速度為何？將一道光線分為兩部分，沿互相成直角的兩道等長通路來回移動，而後又再度合為一道光線。如果地球循這道光線其中之一的方向移動，則在光這一部分的前進中，儀器的移動應使兩部分光線的路線不相等。這應該是可以檢測出來的。但結果卻不能。以太（不論它是什麽）看起來好像是和地球一起移動，似乎也隨著任何其他被度量的東西一起移動。以太似乎根本沒有物理特征，或者是任何與物質有關的理論都無法解釋的。在這種情況下，唯一的選擇，就是拋棄已經確立的宇宙科學形象。

不會使熟悉科學史的讀者感到意外的是，洛倫茲喜歡理論甚於事實。因此，他想要把邁克耳孫和莫雷的實驗搪塞過去，以便挽救那個被認為是“現代物理學杠杆支點”的以太。[11] 他那種不同尋常的理論使他成為“相對論的施洗者約翰”。[12] 假設時間和空間可以稍微拉開一點兒，以便當一個物體在面對它移動的方向時，看上去比當它靜止或面對反方向時短，那麽，邁克耳孫和莫雷的儀器可能掩蓋了以太的靜止性。有人認為，這個假說非常近似愛因斯坦的狹義相對論（1905年）。但是洛倫茲和他同時代人所做的，卻是打碎了那個他們竭力想要保全的傳統物理學。可是愛因斯坦不然。當邁克耳孫和莫雷得到令人驚奇的結論時，愛因斯坦還是一個小孩。他在進行研究之際，隨時準備揚棄以往的古老觀念。沒有絕對的移動。沒有以太，就算有，物理學家也對它不感興趣。無論如何，物理學的舊秩序已注定要消亡。

從這個富有教育意義的插曲中，我們可以得到兩個結論。第一個結論符合科學和科學史家承自19世紀的唯理主義理想，即事實勝於理論。由於電磁學的發展和許多種新輻射能的發現——無線電波（赫茲，1883年）、X線［倫琴（Röntgen），1895年］、放射能［貝克勒爾（Becquerel），1896年］，由於將正統理論延伸為各種奇形怪狀的需要日增，由於邁克耳孫和莫雷的實驗，理論遲早將做根本更動以符合事實。無足為奇的是，這種改變沒有立刻發生，但其速度已經夠快了。我們可以相當肯定地說，這個轉變發生在1895—1905這10年間。