什么是光速不变原理?为什么光速不变?( 二 )


当时的物理学家们提出了一种神奇的物质——以太 。他们想象以太是光传播的媒介 , 充满整个宇宙 , 以太具有不可思议的特性 , 例如完全透明、完全无质量、完全刚性等等 。最关键的是 , 以太相对于宇宙绝对空间是静止的 。
那么 , 如果有以太 , 地球在运动的时候 , 就会迎面吹来一阵“以太风” 。就像我们开车的时候 , 车子穿过静止的空气形成的迎面风一样 。我们通过测量以太风的速度 , 就可以知道地球穿过以太的速度 , 这就是地球在宇宙空间中的“绝对速度”了 。于是很多科学家纷纷动手 , 设计了许多精妙的实验装置 , 通过测量光速的差异来寻找以太风 。但是遗憾的是 , 无论多么努力 , 他们都没有能够测出以太风 。以太理论似乎也陷入了僵局 。
爱因斯坦就是在这种情形之下提出了相对性原理 , 那就是:任何惯性参考系都是相对而言的 , 宇宙的绝对参考系并没有 , 也不需要有 。
这个理论一开始让很多经典物理学家不能接受 。因为没有绝对参考系 , 我们甚至不知道地球在宇宙的哪个位置 , 地球往哪里去 , 去得有多快!承认对自身状态无知的感觉是多么沮丧啊!但是 , 当科学家们真正理解了爱因斯坦的思路以后 , 都立即接受并表示:这是一个划时代的新思想!
爱因斯坦之所以得到推崇 , 其牛逼之处就是 , 他不再用经典相对运动理论去解释光速不变 。他宣称:各位 , 相对运动理论有缺陷 , 我来修补一下 。他用来修补的 , 就是著名的洛伦兹变换 。这个变换公式这里就不说了 。就是在这个公式里 , 光速是一种极限 , 如何速度都无法超越光速 。
光速与参考系无关 , 并且是绝对最大速度 , 这是爱因斯坦“不得不承认”的一种假设 。但是这个假设的理由十分充足 , 如果不承认 , 就得承认绝对空间的存在 , 经典理论就无法修补 。一百年多来 , 相对论这个假设 , 一直被实验所证实 , 科学家至今未发现相对论被证伪的事实 。
经过爱因斯坦的修补 , 物理学的大厦终于避免了轰塌 。科学家们终于长出一口气 。从此 , 地球上渐渐有越来越多的人接受了这样一种观念(实际上也是一种事实):第一 , 没有绝对的宇宙空间 , 只有相对的位置和速度 。第二 , 不管你是逆光运动 , 还是背光运动 , 还是与光成垂直交叉运动 , 测出来的光速都是一样的 。
爱因斯坦说“任何参考系中光速不变” , 也可以这样“通俗易懂”来说:光速会根据观察者的运动状态而改变 , 从而让观察者觉得它的速度不变 。对于“同一束光” , 你快它就更快 , 你慢它就变慢——光的速度是“自动适应观察者”的!这下你明白了没有?
——很离谱是吧?所以尽管相对论提出已经100年了 , 一直让很多人无法理解 。
无法理解相对论的人 , 大多是没能抛弃经典相对运动理论中绝对空间的概念 。或者是一部分用了相对论的概念 , 一部分则套用经典理论 , 从而“推导”出时空旅行平行宇宙等等神奇玩意儿 。甚至还说时空穿越是相对论的成就 , 这就歪曲了相对论 , 谬之千里了 。




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