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牛顿第一定律与伽利略理想实验(伽利略牛顿都错了)

牛顿第一定律与伽利略理想实验(伽利略牛顿都错了)那么问题就出现了,光在真空中传播又是依靠什么作为参考系的呢?我们知道光和电磁波是可以在真空中进行传播的,是不需要介质的。这个时候,牛顿就站了出来,牛顿认为无论是光还是地球,都是相对于以太来进行运动的,而这个以太呢,就是我们感觉不到的一个绝对的惯性系,也就是任何东西都是相对于以太的速度进行运动的。意思就是高中物理题中经常出现的,以地面为参考系当中的地面,而光相对于以太的速度是c。举个例子,比如说声音。我们知道声音在空气中的传播速度是340米/秒,如果这个时候空气是在100米/秒的速度相对于地面向前运动,那这时候向前的声音相对于地面的传递速度就是340加100等于440米/秒,而向后的声音相对于地面的速度就是340减100等于240米/秒。1887年,德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在。再后来,人们又证明了光也是电磁波的一种。那么在对波的研究过程中,我们发现有一部分只能在介质中传播,比如

科学的进步,总是在不断的质疑中前行的。但这一次,亚里士多德、伽利略、牛顿真的错了。

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一、以太的存在

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故事要从亚里士多德说起,亚里士多德认为物质是由水、火、气、土和以太构成的。当然,他认为的这个以太可不是我们今天要说的这个以太。

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​我们都知道描述一个物体运动的速度要选择参考系。

1864年,麦克斯韦建立了完整的电磁学理论。

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1887年,德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在。

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再后来,人们又证明了光也是电磁波的一种。那么在对波的研究过程中,我们发现有一部分只能在介质中传播,比如说机械波。而有些波,在真空当中也能传播,比如说光波和电磁波。在这里就出现了当时困扰科学家们很多年的问题-波速,也就是波传递的速度。

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我们知道如果在地面上那些在介质当中传递的波的速度,如果这个介质相对于地面是运动的,那么波相对于地面的速度就应该等于波在介质当中的速度加上介质相对于地面的速度。

举个例子,比如说声音。我们知道声音在空气中的传播速度是340米/秒,如果这个时候空气是在100米/秒的速度相对于地面向前运动,那这时候向前的声音相对于地面的传递速度就是340加100等于440米/秒,而向后的声音相对于地面的速度就是340减100等于240米/秒。

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那么问题就出现了,光在真空中传播又是依靠什么作为参考系的呢?我们知道光和电磁波是可以在真空中进行传播的,是不需要介质的。这个时候,牛顿就站了出来,牛顿认为无论是光还是地球,都是相对于以太来进行运动的,而这个以太呢,就是我们感觉不到的一个绝对的惯性系,也就是任何东西都是相对于以太的速度进行运动的。意思就是高中物理题中经常出现的,以地面为参考系当中的地面,而光相对于以太的速度是c。

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但是这个以太真的存在吗?多年来,科学家们也是一直在尝试通过实验来找到以太的存在,直到1887年,迈克尔逊莫雷实验成功的否定了以太的存在。

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那这个实验又是怎样否定以太的存在的呢?

二、迈克尔逊-莫雷实验

既然地球和光都是相对以太运动的,那么光无论是顺着地球运动,还是逆着地球运动,在地球上测出的速度都会有所不同。

那怎样才能准确的测出光的速度呢?其实,光根本就不用测,迈克尔逊和莫雷想到了一个非常巧妙的方法。

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我们都知道光呢是会发生折射和反射的,那么让一束光通过一面特殊的镜片,让光同时发生透射和反射,而且反射光和透射光相互垂直,再通过反射镜将两束光反射到观察镜上,两束光就会发生干涉。为了保证两束光通过的路程是相同的,也就是光程,迈克尔逊和莫雷又在特殊的镜片后面加了一个一模一样的镜片。如果两束光的速度真的发生了变化,那么他们到达观察镜的时候,所产生的干涉条纹就会发生变化。

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在此之前,人们认为地球是相对以太运动的,而以速度c相对于以太运动的。那如果对实验仪器旋转90度,光对实验仪器的速度就会发生变化,而干涉条纹也会发生变化。但实验的结果发现干涉条纹并没有发生变化,也就证明了这个以太实际上是不存在的,那这个结果就有大问题了。

之前我们猜测光是相对于以太进行运动的,但是现在我们发现,无论光在地球上是怎么走的,它都是以相同的速度进行传播的。在当时,科学界也是众说纷纭,有说引力场对以太有影响的,比如说引力场对光速有影响的。

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这个局面直到一个人的出现才停了下来,他就是爱因斯坦。爱因斯坦大胆的提出了一个假设,无论是在哪一个惯性系当中观察,这个光的传播速度都是一个常数,并不会随着光源和观察者所在参考系的相对运动而变化,也就是光速不变原理。

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科学是在不断进步的,前人可以有错误,我们不该批评他们。我们要怀揣着感恩的心,在错误中寻找真正的真理。

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本文为作者原创。

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