|
光的速度，不管观测者的运动状态如何，永远都是每秒30万公里，为什么？很多人都会问这个问题，甚至有些人会问：爱因斯坦为什么说光速不变？首先我们应该认识一个事实，那就是光速恒定是迈克尔逊—莫雷实验验证的真理，并不是爱因斯坦的假设，相反爱因斯坦需要做的事就是大胆接受反常识的实验结论为之所用，然后去解释为什么光速恒定。其实关于这个问题，爱因斯坦已经给出了满意的答案。我们并不需要各种求医问药。一起来看看吧。 狭义相对论第一个基石，光速恒定原理爱因斯坦的绝妙之处，就是把光速不变问题转变为一项命题。一开始，他暂时就光速为何恒定不提出疑问。光速恒定既然是实验上无法反驳的事实，他就欣然接受。清楚地认识接受清晰的事实乃是逻辑程序的第一步。 光速恒定 光速恒定的难题在爱因斯坦手下变成了光速恒定原理，而光速恒定原理便是狭义相对论的第一个基石。光速恒定的原理是说，不管什么时候，不管我们相对于光源是运动还是静止，只要我们测量光速，结果都完全一样。光速每秒30万公里，一概不变。（真空）事实上光速恒定完全违背常识。在爱因斯坦之前，“常识”的垄断总是把光速恒定划归为“谜题”。 光速 爱因斯坦摒弃的就是古典(伽利略)转换的整个结构。这个结构是常识粘贴在宏观维度与速度之上的一颗甜蜜的水果。这颗水果是虚幻的。丢弃常识是很不容易的，做到这一点的，爱因斯坦是第一人。他的方式是“全盘”放弃，所以他对时间与空间的性质的知觉也就非常不一样。以上，我们讨论了狭义相对论的第一个基石，亦即光速恒定。 狭义相对论的第二个基石，相对论原理伽利略的相对论原理是说，凡是在一个参考架构成立的力学定律，在其他与之相对一致运动的参考架构中也都成立。爱因斯坦把伽利略相对论原理扩大，使它不只包含古典力学定律，而是包含一切物理定律。其中尤其重要的是统御电磁辐射的定律。在伽利略的时代，电磁辐射还没有人知道。 伽利略 爱因斯坦的新相对论原理是说，所有的自然定律在一切相对一致运动的参考架构中完全一样。简而言之，狭义相对论有两个基石，一个是光速恒定原理(迈克尔逊莫雷实验),一个是相对论原理(伽利略)。简单来说的话，狭义相对论是建立在这两个命题上面的。 (1)凡是相对于彼此是一致运动的参照系光在其间的真空中速度都一样 (2)凡是相对于彼此是一致运动的参照系，所有的自然定律都一样。 可是，第一个命题有很大的问题。因为这个命题或是古典转换律都不可能成立。根据古典转换律(以及常识).光速等于光从光源射出的速度加上或减去观测者运动的速度。但是，根据实验，光速不管观测者运动状态如何，永远都一样。常识与实验结果完全不一样。爱因斯坦的初心告诉他，既然我们无法和事实(实验证据)争辩，那么必然是我们的常识错了。他决定丢弃常识。 不论观测者的运动状态如何，光速永远一样。为什么会这样？
测量光速要一个时钟和一把尺。如果相对于光源是静止的观测者测出来的光速与相对于光源是运动的观测者测出来的光速一样，那么，不论如何，这必然是因为观测者使用的测量仪器，从一个参照系变到另一个参照系的时候，它转变的方式使光速量起来完全一样。 柔软的时空
光速量起来之所以恒定，是因为测量用的杆和时钟依照自己的运动转换了参考系。简而言之，对静止的观测者而言，移动的杆长度会变，移动的时钟节拍会变。但同时，对一个随着移动的杆和时钟一起运动的观测者而言，杆的长度和时钟的节拍都不会有什么变化，所以这两个观测者量出来的光速都一样，两者在测量过程和测量仪器上都检测不到任何不寻常的事物。爱因斯坦的解释同菲茨杰拉德和洛伦兹对迈克尔逊—莫雷实验结果解释很接近。所以说洛伦兹也是一脚跨进了相对论的世界，另外一只脚可能是对绝对时空观的执着。 爱因斯坦 这里要讲的是看待物体收缩的一种方式。如果一把运动的量杆变短了，一个运动的时钟跑得比较慢了，那么“光速恒定”就是必然的结果。因为观测者如果是运动的，那么比起静止的观测者，他的量杆比较短，他的时钟比较慢，所以他量起来的结果还是一样。这两个观测者量出来的光速都是每秒30万公里。但是，不论是运动还是静止，他们都不会认为自己的量杆和时钟不准。如果他们还执着古典转换律，他们只会惊讶光速怎么都一样。 简而言之：因为时空的相互调节，导致了光速怎样测量都是恒定不变的。 爱因斯坦的惊人预言爱因斯坦的基本设定(光速恒定原理和相对论原理)初步产生了两个果实：第一，一个运动的物体会随着运动速度的增加而逐渐变短，到达光速以后便完全消失；第二，一个运动的时钟会随着运动速度的增加而越走越慢，到达光速以后便完全停止。这是两个惊人的预言。 |
|
|
