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爱因斯坦提出“光速不变原理”的背景 不得不感叹他颠覆性的思维

时间:2023-03-19 06:30:18

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爱因斯坦提出“光速不变原理”的背景 不得不感叹他颠覆性的思维

很多人认为迈克尔逊-莫雷寻找以太失败的实验是爱因斯坦提出“光速不变原理”的关键和根基,为什么喜欢这样?因为这样的套路会是一个相当好的物理学故事:实验发现一个异常现象,原有理论无法解释,科学家通过对实验结果的分析提出新理论,完美诠释了异常现象,接着新理论获得了巨大的成功。

这种故事很具有“科学性”案例也很多,因此很多教材喜欢这样的故事和套路。但是并不是所有的理论发现都是这样套路,起码狭义相对论并不是这样。具有天才大脑的爱因斯坦并不是发现迈克尔逊-莫雷的实验不对劲,而是深入研究了麦克斯韦方程组,发现电磁学和牛顿力学产生不协调才开始思考的。

由于发现麦克斯韦方程组是如此的优美,以至于爱因斯坦上大学时完全沉浸在这个方程组里不能自拔。但这个公式很奇怪:它准确无误地给出了光速的计算公式,但这个速度是相对谁的速度?是哪个参考系下的速度?

在牛顿力学里,单独谈论速度是没有任何意义的,一定是相对某个参考系里的速度,比如你玩手机没动,但是以太阳为参考系,地球带着你运动,你“坐地日行八万里”。在牛顿的体系里任何速度都会有参考系,但是麦克斯韦同学硬是在没有任何参考系的的情况下逻辑严密的给你推导出一个光速出来了?这速度算谁的?你认不认?

牛顿是物理学界的神,甚至直到今天仍被很多人认为是最伟大的物理学家,在当时物理学界的统治力和威信可想而知。而麦克斯韦在他那个年代也可以说是上帝的代表,麦克斯韦方程组更是简单优美得完全不像是人间的产物!但是他们矛盾了,怎么办?换做是你,你会怎么选择?

牛顿的尊重者会坚持认为凡是速度必定有参考系,麦克斯韦方程组dao导出的光速不是没有参考系,而是以以太为参考系(牛顿绝对时空里的绝对参考系),所以,只要我们通过实验证明了光速会相对以太运动,那就证明了以太存在,证明了牛顿大神的绝对空间完美无缺,于是他们(迈克尔逊莫雷等人)开始做实验,后面的事情大家都知道了。

但爱因斯坦的思维方式与别人不一样,用现在话说比较前卫:既然麦克斯韦导出的光速没有指定参考系,干嘛非要强加一个以太参照系?退一步讲,如果电磁学规律真的都是在以太这个参考系上,那么岂不是说我们在做电磁学实验的时候,面对着以太和背对着以太的实验效果是不一样?难道我的电流电压会因为我的仪器是正拿倒拿不一样?如果真的有以太,那以太的方向速度要怎么定呢,上帝凭什么选这样一个方向和速度?没道理啊!

简言之,如果选定以太这个绝对参照系,就会带来无数更多的麻烦,用以太在光速这里打了一个补丁让其变得完美,就需要在其他地方多补十个补丁!但如果放弃以太,事情就简单多了。秉着上帝是个懒人的思想,爱因斯坦用奥卡姆剃刀直接把以太“咔嚓”了!

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