行驶的汽车向前发出的光的速度为什么不是车速加上光速?
这一点确实违反知觉,因为在我们的生活中,速度它是可以叠加的,这是经典物理学的基础。小学都已经学过,比如说你的一列以速度v向前行驶的火车上,你以速度u朝车头行走,那么你相对地面的速度就是v加u。
这是基本常识,很符合直觉。但是当麦克斯韦统一了电子学和光学以后,当时人们的手里就有了两套充成熟的理论,一个是描述物质之间相互作用的动力学理论牛顿力学一个是描述电磁现象的动力学理论电动力学。由于电动力学的思想还是来自于个牛顿力学,所以人们就想把电动力学纳入到牛顿力学当中,不过很快就出现了矛盾。
首先是在麦克斯韦描述光速的方程当中,光速只跟两个没有方向的标量有关,一个是真空磁导率,一个是真空电容率。这就表明光在真空中传播的时候,不管朝哪个方向,速度都是一样的,也就是恒定的速度
在牛德力学当中,你不谈参考信,就说速度是没有意义的,那问题是光现在朝各个方向都是疫苗三十万工地,所以现在就有了一个问题,这是相对于谁的速度
所以当时人们就觉得宇宙中有一个更大的绝对静止的参考系,这个应该就是牛顿说过的那个绝对空间
还有当时人们就认识到了这个波动,不管是声波还有水波,一定要有介质的存在,作为这个光,它也是一种波动,所以人们就想它也应该有介质。那么作为光的介质,它在宇宙空间中应该是处处均匀,绝对静止,无处不在的。人们这个顺势就想到了以太
所以只要证明以太存在,就可以调和牛顿力学和电动力学之间的矛盾
我们知道迈克尔逊莫雷实验并没有做出来证明了以太不存在,这就预示着牛顿力学和电动力学这两个中的一个需要被修改。在这期间,著名的经典物理学大佬洛伦兹就发现,如果把加力的变换换成这个形式,就可以保证光速在任何惯星系下都是一个常数,但是的话,它给不出正确的物理解释。
直到1905年的时候,爱因斯坦有两条公设狭义相对性原理光速不变原理为基础,提出了狭义相对论,他就认为加利略变换是洛伦兹变换在低速下的近似。就是说经典力学需要被修改,从而和经典电磁学达成统一。
所以光速不变是人们在认识自然的过程中发现了一个基本原理,一个非常奇怪的宇宙法则。至于为什么我们不管怎样测光速都是c,我们并不知道
只知道它就是这样的。
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