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经典力学的适用范围受到物体运动速率的限制，当物体运动的速率接近真空中的光速时，经典力学中的许多观念将发生重大变化。如经典力学中认为物体的质量不变，并与物体的速度或能量无关，但相对论研究表明，物体的质量将随着运动速率的增加而增大，物体的质量和能量之间存在着密切的联系。但当物体运动的速度远小于真空中的光速时，经典力学仍然适用。 由于微观领域物质结构和能量不连续现象，牛顿运动定律不适用。19世纪和20世纪之交，物理学的三大发现，即X射线、电子和放射性射线的发现，使物理学的研究由宏观领域进入微观领域，特别是随着20世纪初量子力学的建立，出现了与经典观念不同的新观念。例如：量子力学的研究表明，微观粒子既表现为粒子性又表现为波动性，粒子的能量等物理量只能取分立的数值，粒子的速度和位置具有不确定性，粒子的状态只能用粒子在空间出现的概率来描述等。但量子力学的建立并不是对经典力学的否定，对于宏观物体的运动，量子现象并不显著，经典力学依然适用。 “以太”的观念 “以太”的概念有着漫长的历史。古希腊时代，以太指的是青天或上层大气，有时也表示占据天体空间的物质；亚里士多德曾把它视为构成天体的基本元素。17世纪的笛卡儿首先将以太引入科学，并赋予它的力学性质。在笛卡儿看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。因此，空间不可能是空无所有的，它被以太这种媒介物质所充满。以太虽然不能为人的感官所感觉，但却能传递力的作用，如磁力和月球对潮汐的作用力。他甚至试图用以太的涡漩来说明天体的运动，例如提出涡漩携带着行星绕太阳转动。此外，光的波动说的始祖胡克和惠更斯为了解释光现象，都假设存在着以太。牛顿也像笛卡儿一样反对超距作用并承认以太的存在。在他看来，以太不一定是单一的物质，因而能传递各种作用，从而产生电、磁和引力等不同的现象。牛顿也认为以太可以传播振动，但以太的振动不是光，因为光的波动学说（当时人们还不知道横波，光波被认为是和声波一样的纵波）不能解释光的偏振现象，也不能解释光的直线传播现象。 18世纪是以太论没落的时期，法国笛卡儿主义者拒绝引力的平方反比定律，于是牛顿的追随者起来反对笛卡儿哲学体系，连同他倡导的以太论也在被反对之列。随着引力的平方反比定律在天体力学方面的成功以及探寻以太未获实际结果，使得超距作用观点得以流行。光的波动说也被放弃了，微粒说得到广泛的承认。到18世纪后期，证实了电荷之间（以及磁极之间）的作用力同样是与距离平方成反比。于是电磁以太的概念同样被抛弃，超距作用的观点在电学中也占了主导地位。 进入19世纪，由于光的波动论的复活和电磁理论的发展，以太问题成为科学家研究的热门课题。在19世纪上半叶，所有研究以太问题的人都是期望建立一个合理的光理论而探讨它的，阿拉戈实验和光行差被看作是这个理论的试金石。后来人们着手讨论光行差理论，也是期望它能提供一种以太模型，以便利用这种以太模型解决光的横波理论所面临的严重困难。 菲涅耳用波动说成功地解释了光的衍射现象，他提出的理论方法能正确地计算出衍射图样，并能解释光的直线传播现象。 迈克尔逊-莫雷实验 1887年，阿尔贝特·迈克尔逊（后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者）和爱德华·莫立在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。目的是测量地球在以太中的速度(即以太风的速度)。  如果以太存在，且光速在以太中的传播服从伽利略速度叠加原理： 假设以太相对于太阳静止，仪器在实验坐标系中相对于以太以公转轨道速度 向右运动。 光源发光经分光镜分光成两束光，光束1经反光镜M1反射再经分光镜投射到观测屏。光束2经反光镜M2反射再经分光镜投射到观测屏，与光束1形成干涉。光在以太中传播速度为c，地球相对以太的速度为v 。光束1到达M1和从M1返回的传播速度为不同的，分别为c+v和 c-v，完成往返路程所需时间为：2d/√（c2-v2） 。光束2和光束1到达观测屏的光程差为  然后让实验仪器整体旋转90度，则光束1和光束2到达观测屏的时间互换，使得已经形成的干涉条纹产生移动。改变的量为
ΔL=2dv2/c2移动的条纹数为ΔL/λ,实验中用钠光源λ=5.9×10∧-7m地球的公转轨道运动速率为v=10∧-4c干涉仪光臂（分光镜到反光镜） d=11m应该移动的条纹为：ΔN=0.37 迈克尔逊和莫雷将干涉仪装在十分平稳的大理石上，并让大理石漂浮在水银槽上，可以平稳地转动。并当整个仪器缓慢转动时连续读数,这时该仪器的精确度为0.01% ,即能测到1/100条条纹移动，用该仪器测条纹移动应该是很容易的。迈克尔逊和莫雷设想：如果让仪器转动90°，光通过OM1、OM2的时间差应改变，干涉条纹要发生移动，从实验中测出条纹移动的距离，就可以求出地球相对以太的运动速度，从而证实以太的存在。但实验结果是:未发现任何条纹移动。在此之后的许多年,迈克尔逊-莫雷实验又被重复了许多次,所得都是零结果。 以太说认为以太是光媒介质，那么地球在以太中运动，在地球上那两个方向的光速与地球运动应该符合伽利略变换，即C+V和C-V。迈克尔逊-莫雷实验正是测量C+V和C-V中的V，得到结果为零。 |
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