4-1 狭义相对论的历史背景
1. 恒星的光行差
1728年，英国天文学家布拉特莱（J. Bradley）发现了光行差现象。在地球上观测恒星时，恒星的视位置在一年内有周期性的变化，或者说观测用的望远镜指向将会作出周期性的、近似于圆的椭圆运动。
根据当时已有的知识，对上述的光行差现象可以作如下解释：设想有一恒星处在我们正上方，如果地球在以太中是静止的，为了观测该恒星就必须将望远镜垂直指向上方，如图4-3所示。如果地球以速度
相对于以太向右运动，在以太中光线是垂直向下行进的，为了观测这个恒星就必须将望远镜筒倾斜一个角度
，如图4-4所示，此
称为
光行差角
。望远镜的倾角
为
（4-1-1)
图 4-3
图 4-4
图 4-5
图 4-6
已知地球绕太阳运动的速率大约为
，若假定太阳相对于以太是静止的，则上式中
就是地球绕太阳运动的速率，而
，由此可得
。地球的运动近似为圆，每隔6个月地球的运动速度反向，所以光行差的方向要反向，如图4-5所示。因此，望远镜的轴线在一年中将在空间画出一个近似的光行差圆锥，如图4-6所示。圆锥的角直径是
，这与观察的结果基本上相符。
由式（4-1-1）计算所得结果与观测极好的符合说明：地球在以太中自由运动，以太没有被地球拖曳着一起运动，因为若被拖曳，则以太相对于地球静止，望远镜不必倾斜，也就根本不存在光行差。
相对于以太向右运动，在以太中光线是垂直向下行进的，为了观测这个恒星就必须将望远镜筒倾斜一个角度
，如图4-4所示，此
称为光行差角。望远镜的倾角
为
，若假定太阳相对于以太是静止的，则上式中
，由此可得
。地球的运动近似为圆，每隔6个月地球的运动速度反向，所以光行差的方向要反向，如图4-5所示。因此，望远镜的轴线在一年中将在空间画出一个近似的光行差圆锥，如图4-6所示。圆锥的角直径是
，这与观察的结果基本上相符。