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为什么光速在各个惯性系里都不变(光速真的不变么)

为什么光速在各个惯性系里都不变(光速真的不变么)说来也巧的是当初物理学家没人关心牛顿是否真的有缺陷,而是提出了以太漂移假说解释上面的那个实验,但后来遇到了许多无法克服的矛盾。最终还是爱因斯坦目光足够敏锐,他发现了问题的本质——速度叠加原理的重大前提就是必须先承认时空的绝对性。也就是说时间流逝速度和空间尺度,与惯性系选取无关。在牛顿那个时代,那样的科技条件下,绝对时空观是非常符合日常经验的,并且牛顿理论也取得了很高的应用成就。但随着研究微观粒子和电磁学的发展,牛顿理论遇到了很多困难。实质上,如果放弃绝对时空观,放弃牛顿速度叠加原理,光速不变原理和狭义相对性原理的表面矛盾就消失了,而从最自然也是最必然的角度,只会导出一个理论,就是狭义相对论。

为什么光速在各个惯性系里都不变(光速真的不变么)(1)

光的速度准确的来说是可以改变的,实际上光的速度也是可控的,例如光在不同的介质中传播,它的速度是不一样的,改变光速的一种途径就是改变光传播的介质。在某些介质中光速甚至可以降低到乌龟爬行的速度。人的肉眼即可分辨。

光速不变原理的核心是说:光速与参考系的选取无关。简单点就是在一个参考系测出的光速是c,在另一个也是c。不是说光速在同一个参考系,不同环境下也不变。光速不变原理听起来很奇怪,为什么不像其他粒子,遵循牛顿速度叠加原理。首先,小编认为物理学是实验和经验的科学,任何物理理论大都是基于一些无法在数学上严格证明的基本公设,这些公设不是乱提出的,而是通过大量观测和实验。这就不难理解为什么所有的物理教材都要指出物理是一门实验科学。

电磁学发展后,无疑证明了麦克斯韦方程组的正确性,而麦克斯韦方程组导出光速不变原理,是最自然的结果,但就是这个最自然的结果,导致了物理学家们的极大困惑,主要是因为这个结果显然和牛顿速度叠加公式不符,或者进一步不符合相对性原理,不满足伽利略变换。

物理学家为了验证光速是否与参考系无关,做了许多实验与观测,最著名的莫过于莫雷-迈克尔逊干涉实验,通过在地球表面平行和垂直两束光的光行差,验证光速是否与地球运动有关,这个实验今天还在做,在非常高的精度下,也没有显示干涉条纹的移动,至少证明光速和地球运动无关。小编需要强调一点的是,读者们需要注意很多人说光速是个很大的量,这个无关可能是测量误差弥补的,但这个实验设计的系统,能保证结果差异可观测,不会是因为误差导致的。为什么小编需要强调一点呢?主要是很多否定相对论的一些人,认为莫雷-迈克尔逊干涉实验实验不足以让人信服,存在很大的漏洞。

说来也巧的是当初物理学家没人关心牛顿是否真的有缺陷,而是提出了以太漂移假说解释上面的那个实验,但后来遇到了许多无法克服的矛盾。最终还是爱因斯坦目光足够敏锐,他发现了问题的本质——速度叠加原理的重大前提就是必须先承认时空的绝对性。也就是说时间流逝速度和空间尺度,与惯性系选取无关。在牛顿那个时代,那样的科技条件下,绝对时空观是非常符合日常经验的,并且牛顿理论也取得了很高的应用成就。但随着研究微观粒子和电磁学的发展,牛顿理论遇到了很多困难。实质上,如果放弃绝对时空观,放弃牛顿速度叠加原理,光速不变原理和狭义相对性原理的表面矛盾就消失了,而从最自然也是最必然的角度,只会导出一个理论,就是狭义相对论。

为什么光速在各个惯性系里都不变(光速真的不变么)(2)

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