以太漂流
以太漂流
研究历史
以太漂流又称以太漂移。
在古希腊，以太（Ehter）指的是青天或上层大气，17世纪时，法国科学家笛卡尔最先将以太引进科学，并赋予它某种力学性质。后来，以太又在很大程度上作为光波的荷载物，同光的波动学说相联系。
为了证明以太的存在，1887年，迈克耳孙、莫雷一起设计了迈克耳孙-莫雷干涉实验，他们设计的实验灵敏度足以探测到地球绕太阳运行的速度30千米/秒以太风漂移的速度。但令他们失望的是实验结果未能证明以太存在，测得的光速与仪器的运动方式无关，以此实验结果为基础之一，爱因斯坦的狭义相对论被广泛接受。自那以后，类似的实验进行了多次，正式的结论是空间没有以太，但不是每个人都心甘情愿地吞下这一“苦果”，1902年，希克斯公布了他对迈克耳孙-莫雷干涉实验研究得出以太风以每秒8千米的速度掠过地球，几年后，迈克耳孙以前的同事米勒重新进行了实验，也得出以太风为每秒8千米的结论，他与莫雷再一次做此实验又获得相同结论，但实验的误差范围比以前的实验小了很多。1921年，米勒将他们的实验结果呈送给爱因斯坦，爱因斯坦认为这些实验可能因为作用仪器稍有温度上的差异而导致错误的结论，并说：“上帝是难以捉摸的，但他不怀恶意。”因此，米勒在海拔1800米的威乐逊山雪峰上重做此实验，其结果与迈克耳孙和莫雷在凯斯技术学院较温暖的地下室所做的实验结果一样。
意大利国家核物理研究所的康索里认为，既然20世纪所做的一些干涉实验显示可测出以太风，他决定进行一次带有决定意义的现代化的以太漂移实验。他们在德国洪堡大学对迈克耳孙-莫雷干涉仪作了改进，利用激光在两个呈直角的蓝宝石腔室中来回穿行，腔室的大小与激光的波长做到两者在一非常准确的频率发生共振。此实验不间断地进行了一整年。以太的存在将使两腔室之间的共振频率产生差异，这是因为一年中地球环绕太阳的运动导致以太风相对于地球不断改变其取向，从而改变了激光在腔室中的运动速度。在实验结速时，科学家们发现共振频率之差不到1赫兹。以太的存在再一次被否定。
但康索里坚持要进行这项实验，他认为到目前为止，这些蓝宝石腔室里的实验都是在光穿越高度真空是进行的，康索里和他的同事科斯坦佐建议在腔室里填充有一定密度的气体，如二氧化碳，来重复在洪保大学所做的实验。这将使用权在腔室内传输的光速减慢，有可能得出不同的实验结果。康索里认为，在真空中进行实验时，对各个方向传播的光波，即使存在以太，也不会显示出光速上的差异，但他指出，某些理论，如量子场论便预见，在有一定密度的气体媒质中传播的光线是能观测到不同方向看来像是有不同速度的，其影响的程度赖于媒质的折射率和相对于以太的运动方向。
康索里认为，当地球在以太风中运动时，充气干涉仪-臂中之光线将比另一臂中之光线传播得快，光线传播所经媒质越稀薄，地球的运动速度相对于任何以太的影响就越小，如果以太存在，康索里预期腔室之间的频率差异将会有跳跃式的增长。实验的建立和一年的运行费用共约20万美元，康索里认为是值得的，因为这里带有决定性的现代化以太漂移实验。如果仍未探出以太存在，即可将关闭此类实验最后的窗户。这是一个实施起来难度很大的实验，欲在连续进行观测的几百天内保持足够稳定的频率，只有将腔室冷却到接近绝对零度才有可能，但此温度下，引入腔室的气体将被冻结；需要采取很机巧的方法来克服这一困难，但参与此实验的洪堡大学的一物理学家小组考虑挑战这一难度。
实验结果
如果实验证明空间确实充斥以太，对物理学来说会产生什么样的影响呢？康索里等人认为致少有三个问题与此有关：
（1）爱因斯坦的狭义相对论只不过是洛仑兹学说在真空状态下的特例，戴在爱因斯坦头上的桂冠应移到洛仑兹的头上。
（2）信息传递速度有快于光速的可能。若宇宙中存在以太做为绝对存照系或“优先”参照系，则快于光速的信息传递是能够出现的，康索里认为，若有一个优先参照系，便能说明为什么物理学家们能用量子纠缠在亚原子粒子之间建立起联系，而不论它们相距多远都能瞬间互相影响
（3）以太的存在还意味着物理学中最基本的方程之一，Dirac（狄拉克）方程需要调整。该方程是描述光与物质作用的最好方程，它说明相对论定律是如何影响个别电子的性质。该方程之所以重要是因此光线经过非真空的任何媒质的通行有赖于光与该媒质中电子的作用。正因这一作用使光速变慢下来并给出媒质折射率。实际上Dirac方程是不允许穿行于同一媒质内各个方向的光线有不同的传播速度的。
不少科学家怀疑现代化的以太漂移实验是否能够证明以太的存在，但康索里坚定地认为既然剩有一个小的实验窗口，就值得我们去探究这一窗口，甚至爱因斯坦也同意我们这么做