麦克斯韦测量以太的计划

编者按

麦克斯韦最突出的科学成就之一是，他制定了地球和太阳系作为一个整体相对于以太的速度的测量计划。当时，以太被认为是电磁波传播的必要条件。麦克斯韦向华盛顿特区航海历书处的办公室主任托德建议，通过精确测量木星卫星围绕木星的公转可以得到太阳系整体相对于以太的速度。如果麦克斯韦当时真的实施了这个计划（托德认为该计划所需的数据还不够精确），那么他会发现，以太和电磁波的传播没有任何关系，而且实际上以太根本就不存在——这便是爱因斯坦的狭义相对论的基础。ft　　英文

《论一种探测太阳系在以太中运动的可能方式》，作者是已故的克拉克·麦克斯韦教授。这篇文章出现在麦克斯韦写给美国华盛顿航海历书处的办公室主任托德先生的一封信中，由皇家学会的秘书斯托克教授宣读。ft　　英文

托德先生十分慷慨地给了我一份附信的拷贝，并且大方地允许我使用它。ft　　英文

因为麦克斯韦提到的《大英百科全书》中的参考资料十分简略，仅仅只有一句话。而这个题目又十分吸引人，所以我觉得最好还是在皇家学会宣读这封信。ft　　英文

根据哈金斯先生对太阳和某些星体的相对速度径向分量的研究，系数上的差别（我们暂且认为结果可靠）大约只有半秒。毫无疑问，这对实验测量来说是一个很精细的问题。而且这和我们先验的观点相反，我们先验的观点中的运动比这里涉及到的大很多。如果不考虑实际测量的可操作性，这个想法还是有它自身的价值的。ft　　英文

在托德先生给我的信中，他评论到，“虽然（如您将在我的答复中看到的那样）将这个计划付诸实施需要足够精确的木星卫星的数据表，而且这恐怕需要很长时间才能获得，但是我仍然认为这封信极其重要。”ft　　英文

将这封信推迟到可以在麦克斯韦的论文中找到相关内容的时候再发表，我认为并不适宜。ft　　英文

（原信的拷贝）

卡文迪什实验室，

剑桥，

1879年3月19日

先生：

我非常高兴能收到您寄给我的木星卫星的数据表。受您对木星系统的兴趣的启发，我想问您有没有对由木星相对于地心的位置而造成的木星卫星蚀的明显延迟作过专门的研究。ft　　英文

我得知，在其他测量与光速有关的物理量的方法面前，这种观测已经有些过时了。但是，据我所知，这种观测给我们提供了估算太阳相对于以太介质的速度的方向和大小的唯一方法。即便我们坚信像差理论，我们得到的也只是恒星位置的差别。并且按照在地球上测量光速的方法，光按原路返回，地球相对于以太的速度会改变这一往返的时间。但是，这个时间上的改变量依赖于地球速度与光速之比的平方，因此，这个量太小，以至于无法观测。ft　　英文

但是，如果J E表示木星与地球之间的距离，l表示地心经度，l'和λ分别表示太阳在以太中运动方向的经度和纬度，v表示太阳在以太中运动的速度，V表示光速，t表示光从木星到地球的传播时间，

JE = [V － vcosλcos(l － l')]t

通过比较木星在黄道不同位置时的t，就有可能确定l'和v cosλ。ft　　英文

除非有一个行星的轨道向黄道极大倾斜，不然我就无法知道怎样确定λ。我们应该注意到，尽管用这种方法测量的光速V也与J E的变化有关，也就是说，依赖于地球轨道的直径，但是v cosλ却依赖于一个更大的量——J E本身。ft　　英文

然而，没有精确的卫星运动数据就不会有任何行之有效的方法。我本人并不是天文学家，我不知道这些观测与达穆瓦索的数据表相比，是否曾经尝试过将v cosλ中的各项考虑在内。ft　　英文

因此，我十分冒昧地给您写这封信。这个问题对没有专门研究过卫星的人来说，实在是勉为其难。ft　　英文

在《大英百科全书》第9版关于以太的文章中，我收集了所有我知道的关于以太以及在其中运动的物体的相对运动的资料，从这些资料中我发现，由目前观测到的实验现象，除了行星离我们越远，越有利于卫星蚀等现象以外，从其他任何已观测到的相关现象中都不能推断出有关这种相对运动的结论。ft　　英文

如果您知道有任何人，不论是您还是别人，做过这方面的工作，都请您告诉我，我将不胜感激。

相信我，

您忠实的，

（签名）克拉克·麦克斯韦ft　　英文

（王静　翻译；鲍重光　审稿）