1907年7月，诺贝尔奖委员会委员B. 哈塞尔伯向G. E. 黑尔透露，他已提名迈克尔逊（Albert Michelson）作为该年物理学奖候选者：“我认为他无论在哪一方面，都是那些已被提名的先生们无可比拟的，最应当受到奖励。”瑞典授奖委员会选定Michelson，使他成为获诺贝尔科学奖的第一位美国人之后，哈塞尔伯甚至更为赞赏不已。他写信给黑尔说，Michelson“是迄今为止获奖者中最好的。以前获奖的伦琴，洛伦兹，塞曼，贝克勒尔，居里，瑞利，列纳德和J. J. 汤姆逊的确都是杰出的科学家，但我个人认为Michelson的工作更基础，也更精美。”即使我们把诺贝尔奖选拔过程的特质和哈塞尔伯个人偏爱都考虑在内，我们也必须承认：到1907年左右，Michelson已经赢得了国际物理学界的尊敬。

在这二十年前，确切地说，即1887年，Michelson就开始同莫利（Edward Morley）—起研究，终于为他获诺贝尔奖提供了一个主要缘由。那么，这一研究工作是什么呢？不是“Michelson-Morley实验”，即关于地球通过假想以太的漂移的那个著名的干涉仪检测，而是他另外与Morley合作的，应用同样的干涉仪测定光的波长能否提供一个标准单位的一项研究。由于诺贝尔委员会把后一项研究的重要意义同其他精确雨量一起加以强调，就没有提到以太漂移检测。这个疏忽并不意味着1907年科学家们不知道这个检测。在这二十年里，H. 洛伦兹，菲兹杰拉德，H. 彭加勒和J. 拉尔默都被实验的混乱结果吸引住了，甚至连英国物理界的骄傲开尔文勋爵和瑞利都保存着有关“Michelson著名实验”及它的“众所周知的否定结果”的记载。然而，对一项实验的意识毕竟不同于对它的评价。直到Michelson获诺贝尔奖之后，对实验的意义才有了充分的评价，此时物理学界已掌握了爱因斯坦狭义相对论的充分含义。在本文中，我将回顾关键性的1887年——这一年Michelson得到了Morley的帮助，进行两个课题的研究。我想描述Michelson在1887年是如何进行研究，如何与所处时代物理学的大背景相配称的，包括概念和制度两方面，特别关于美国。

参加物理学家网络

1887年，美国物理学家都感到自己脱离了欧洲科学中心——柏林、巴黎和伦敦。Michelson特别感到孤单。作为一个教授，1882年在克利夫兰凯斯应用科学学院任教以来，他感到甚至与他的美国同事们也失去联系了：H. 罗兰（Henry Rowlan）在霍普金斯大学已有十年之久，特罗布里奇（John Trowbridge）在哈佛大学新建的杰弗逊物理实验室，吉布斯（Willard Gibbs）在耶鲁大学。在给罗兰的一封信中，Michelson抱怨“离科学中心那么远，感到很不方便”，说：“我情愿更往西一点。”别的科学家对克利夫兰的孤立也有同感。1888年夏天，美国科学促进协会（AAAS）在那儿开会时，常务秘书为出席人数太少而抱歉说“在八月份到这内地来，当然令人反感。”

学院的创建人曾期望能把科学及其实际应用带到这中西部的工业城市。可是，1886年下半年的一场火灾烧坏了主教学楼，里面还有Michelson辛辛苦苦搞起来的物理装置。五年计划受挫了。Michelson在1887年开始工作时，受损害的设备都成了一个个难题。

不过，Michelson不像他那些干劲不大的美国同事们，而是想办法补救。为解决火灾造成的直接难题，他把实验室和那些可抢救的仪器都搬到西里塞沃大学旁边的一幢房屋，那是Michelson自1885年以来的研究伙伴、化学家Morley的家庭设施。至于解决更基本的难题，Michelson则通过参加一个非正式的情报网络而听从其他活跃的研究者的引导。这情报网是科学家们通过写信和旅行来维系的，它遍及国内外。

Michelson很好地联系着国内的情报网络，当他还在美国海军学院作学生和教员而开始研究光速时，就已和纽克姆（Simon Newcomb）形成了紧密的职业联结。纽克姆是政府的航海天文年鉴办公室的重要负责人，他为Michelson打开了国内国外的许多大门。Mi-chelson也和国内最受尊敬的两位学院物理学家罗兰和吉布斯关系密切，例如，1884年Michelson开始计划进行决定性的以太漂移实验——他最初于1881年在德国形成的精确想法——便同吉布斯商议过。通过谈话和通信：他向耶鲁的理论家提出了有关“实验的可行性”问题。Michelson的美国网络中的其他人有物理学家巴克尔（George Barker）和迈耶（Alfred Mayer），他们两人在早些时候都想给Michelson在海军学院外找个工作。宾夕法尼亚大学的巴克尔通过在凯斯学院的一位有影响的朋友、安排Michelson作为教授，在凯斯应用科学学院任教。“我敢肯定”，巴克尔写信给他的朋友，“学院决不会后悔这样做。”

Michelson也培植了同欧洲杰出的物理学家们的关系，他们是物理学网络的支柱。这些关系可追溯到他大学毕业后在德国和法国做研究生的时候。就像其他要弥补美国大学研究院的不足的学生们那样，Michelson特别为柏林大学的赫尔姆霍兹（Hermann von Helmholtz）的著名实验室所吸引。从1880年下半年起，Michelson就开始听赫尔姆霍兹有关理论物理的讲座。另外，他还请赫尔姆霍兹对他第一次的以太漂移实验和新设计的干涉仪加以指点。在德国时，Michelson在专家的指导下学习了光学和光谱学。1881年下半年，他到了巴黎，扩大了包括法国光学领导人在内的科学联系。

虽然他也去过伦敦，但只是在他回到美国后不久才同英国物理学家有紧密联系。1884年，Michelson参加了由瑞利担任主席的英国科学发展协会的蒙特利尔（加拿大）会议，接着又听了汤姆逊（即开尔文勋爵，William Thomson）在霍普金斯大学做的“Baltimore讲座”。瑞利和汤姆逊很快就成为Michelson的情报网络中最亲密的成员，他们对他的研究提出看法，给予鼓励。在北美时，他们建议他重做他的德国干涉仪实验，但必须首先检查一下菲佐（Armand Fizeau）关于水流运动方向上的光速的结果。Michelson接受了这意见，1886年3月他向汤姆逊报告说他和Morley已证实了菲佐的结果。瑞利接着写了一封信，鼓励Michelson和Morley继续进行以太研究，重做干涉仪检测。Michel-son在1887年3月回信给瑞利，说他曾经因为他的“科学界朋友兴趣不浓”和对德国实验的“漠不关心”感到很苦恼。他又写道，“但是你的信激起了我的热情，使我决定立刻开始工作。”

实验家和测量家

对1887年左右欧洲物理学家作出区分，可帮助我们了解Michelson的研究工作与他所处时代物理学的关系。欧洲人，特别德国人，是把实验与测量区别开来的。“实验物理学家”研究与不完善的理论有关的新现象，而“测量物理学家”主要设计精密仪器，对所建立理论的大量试料加以精炼，或者对已知物理常数加以修订。Michelson原来是一位测量物理学家，他试图对地球通过以太的运动和光波长度标准都进行精确测定，因而崭露头角。

Michelson同那些乐意把实验室作测量用的美国科学家处得很好。比如罗兰，他喜欢搞热功当量的测量和用于光谱研究的衍射光栅的制造。但是，大部分美国人更强调实验而不是测量，当时著名的实验工作有迈耶的关于浮动磁体构造的研究，特罗布里奇的有关合金和霍尔（Edwin Hall）系统研究过的导体之间“表面能”的电学研究。霍尔的工作导致“Hall效应”的发现。在欧洲，当时很少有科学家专门搞理论物理，或把它当作教学和研究的一块特殊领域。Gibbs是例外，他对热力学、统计力学及光的电磁理论都有贡献。理论家的缺乏，部分反映了美国数学训练的不足。Michelson自己就曾对迈耶承认他“不能假充数学家”。

为了进行他们的精密测量，Michelson和其他美国人需要精密仪器。在这方面、他们不需要欧洲同行们的帮助。他们依靠一种土生土长的第一流工艺和制造的传统。世界上第一流的光学设备制造家就有两个在美国。布拉希尔（John Brashear）在匹兹堡，克拉克（Alvan Clark）在麻省坎布里奇。Michelson和Morley靠Brashear工场提供以太漂移和波长基准研究所需的灵敏的光学元件。对于生活在克利夫兰（Cleveland）的人，因种种不便，就允许他们比其他美国同事受到优待，因为他们最接近Warner和Swasey的地方商行，为此，Morley担任这家精密制造公司的顾问，公司同意提供世上最大的里克天文台折射望远镜的机械和结构部分。在1887年10月，Warner和Swasey公司完成里克天文台的方案后不久，Michelson和Morley就开始同他们一起设计一种先进的机械仪器，以备下一步做波长基准研究之用。

概念框架

不管是实验家还是测量家，1887年左右的大多数美国物理学家都是在总的概念框架内工作的。他们仿效许多欧洲同行们，设想所有的物理现象都可描述为基础原子、分子和以太，它们都遵循经典力学定律的运动。虽然物理学家们对气体，热现象，电学，磁性，光学甚至重力都抱着传统的基本观点，但对具体的力学理论和模型却很不清楚。特别是Michelson，他把存在传光以太的，正统看法和同样正统的关于产生光波的原子过程的力学观点拴在一起。在1888年，AAAS的克利夫兰会议上的讲话中，他自信地谈到“振动的原子及以光的形式传播这种振动的以太之力与运动”。虽然他确信以太存在，但还不能肯定菲涅耳（Augustin Fresnel）的具体假说：本质上静止的以太与运动着的地球有关。于是，他就和Morley一起进行地球——以太相对运动的决定性测量。

测量得出的零结果严重影响了菲涅耳关于以太的总体理论但不影响以太概念本身。实际上，Michelson和Morley坦率地报告了他们的反常结果，并试图用可选择的两种解释来说明。起初他们考虑了乔治、斯托克斯（George Stokes）和洛伦兹的以太理论，但是最后，认为两者本身都有缺点。后来他们合理地说明地球的不规则表面可能会抓住部分以太，这样他们想要探测的“以太风”就不明显了。Michelson和Morley从未对以太的基本概念产生怀疑，只是对它的特殊性质有点疑问。

在收到瑞利的鼓励信后不久，Michelson和Morley又开始认真进行以太实验的设计。1887年4月Morley写信给父亲：“我和Michelson已开始了新的实验，想知道光在各个方向上以相同速度传播。我们还没装好仪器，一、二个月内不大可能做好。”奇怪的是，以太漂移的测量并不是他们那新干涉仪的第一次应用。6月份他们第一次使用新装置，研究能否用铊、锂、氢或特别是钠发射出的特征谱线的波长作为一个波长标准，即作为确定的、恒定不变的米基准计量单位。

最初他们想到波长基准问题只是出于一个简单的原因。在准备以太实验用的干涉仪时，首先要保证两束光的垂直路径近似等长；调节在其中一束光尽头的一块平面镜的位置即可达到要求。他们认识到，如果这面镜子“通过测微计螺旋而平移一个可测的距离”，则这个距离就与一确切的波长数相关；数一下镜子移动时环形干涉条纹的改变，就能很方便地测出这个波长数。虽然Michelson“在几年前”就已想到了这个方法，但直到现在，他们才证实这种方法比以往的任何一种长度测量方法“看起来提供结果要精确得多。”

直到1887年了月，Michelson和Morley才开始正式实验，慢慢转动已调好了的干涉仪，寻找指示地球和以太相对运动的干涉条纹的移动。一个月以后，Michelson写信给瑞利，说实验“已经做完；结果显然是否定的。”以后，Michelson终于认识到以太实验的价值不在于它的零发现，而在于它对于创造一个可用于更紧迫的研究，特别是波长基准的测定的过程中所起的作用。诺贝尔奖金委员会同意这评价。

制度上的资源

为宣布他们的发现，Michelson和Morley 8月上旬来到纽约市哥伦比亚学院的AAAS会上。这个大的开放组织的主席朗利（Samuel Langley）用他的欢迎词抓住了共同体意识，这个共同体就是为一个个研究者准备的协会。他特别提醒大家，许多人第一次参加会议，“在某些课题上就像孤零零的工作者，这些课题他们在家碰到却不关心”，但是他们发现会上的其他科学家“关心他们所要关心的东西，并且在陌生人中找到真正的精神伙伴，接着就成为自己熟悉的朋友了”。Michelson在B组物理学，即729个会议参加者的八个学科组之一。B组成立于1882年，是国内物理学家唯一的联盟。在为期一周的会议上，协会推选Michelson担任这个组的新的副主席。翌年，34岁的Michelson成为这个松散的但有抱负的美国物理学共同体的发言人。

在B组宣读的38篇论文中，有两篇是Michelson和Morley联名提交的。其中一篇是关于地球和以太的相对速度问题，另一篇完全是建立一种长度基准的方法问题。会议结束后几天，《科学》杂志报道说会上“最重要的一篇论文”就是Michelson和Morley有关长度基准的讨论。该杂志用了整版篇幅来描述它的结果。对于有关以太的论文《科学》杂志称之为“引起极大兴趣的又一篇论文”，仅用了几行字概括它。

AAAS成员对这两个研究课题的价值的有关看法，显然也感染了美国另一个主要的，但要小得多的更独立的科学学会——国家科学院（NAS）的领导。1887年11月上旬，科学院邀请Michelson和Morley到“科学会议”年会上介绍他们有关波长基准问题的最新想法。在哥伦比亚学院举行的这个会议上，宣读的22篇论文中，他们的论文是唯一由非院士成员写的。听众们显然有这个感觉：下一年Michelson将当选为院士。

12月下旬，Michelson和Morley将波长基准的论文介绍给另一“听众”：克利夫兰的土木工程师俱乐部。他们两人都是这个地方性组织的成员，该组织当然欣赏波长标准的实际应用和干涉仪本身。实际上Morley在晚上的会议上宣读了论文，而随后Michelson参与了讨论。“请允许我说明一下”，他说，“Morley教授付出的比我在工作中应该付出的更多。没有他的帮助，我们决不会取得现在的结果。”

AAAS和NAS更为这个结果的发表提供了全国性论坛。这两个组织还给新研究拨了一笔有限数量的款子。为了筹集精密仪器的费用，Michelson成了全国最积极的科学筹款人中的一员。由NAS的贝奇基金会供的美元，建造了克利夫兰干涉仪。1887年3月贝奇董事会给了Michelson 500美元，7月以后又给了500美元。这些钱在当时是相当大的金额，当时一双马鞘或一蒲式耳马铃薯大约1美元。他们两人增补了AAAS后来批准的第一批拨款。在8月份的会议上，协会理事会拨给两人175美元，以6帮助他们进行波长基准的确定研究工作。”

Michelson和Morley在《美国科学杂志》上发表了用干涉仪对以太漂移和波长基准进行研究的有关发现，这个多学科的杂志，在康涅狄格的纽黑文创刊，James和Edward担任编辑，是提供物理学家在国内发表文章的唯一场所（《物理评论》在未来六年中没有动静）。由于有两位助理编辑、物理学家Trowbridge和Barker，《美国科学杂志》编排了美国物理学家最好的文章。此外，还备有已在国际出版物上发表的文章。比如1887年全年，Trowbridge和Barker摘编了外国杂志上的文章的要点，如德国的《物理化学年鉴》、《计算汇刊》和英国的《哲学杂志自然》杂志“科学情报”一栏刊登国内外会议动态以及物理书评。

没有什么欧洲人看美国科学杂志。因此，为了将自己的发现介绍给欧洲，许多美国物理学家在外国杂志上发表或再版他们的文章。他们特别喜欢的是英国《哲学杂志》、《自然》。Michelson和Morley把两篇文章同时登在《美国科学杂志》和英国《哲学杂志》上：关于以太漂移的文章在1887年11月发表，有关波长标准的文章则在12月登出。

在早些时候Morloy就知道1907年Hasseberg和Nobel委员会的评价会是什么：Michelson是位杰出的物理学家。确实，Michelson在1887年就差不多是“完全的”物理学家。就是说，他是尽可能深刻和有创造力地代表了他时代的这样一位美国物理学家，即具有19世纪后期物理学事业的一切方面——个性、观念和制度的各个方面的特征。

[Physics Today，Vol. 40（1987），No. 5]