相对论诞生:爱因斯坦是如何创立狭义相对论的?| 深度( 二 )


这样的话 , 电磁波 , 或者说光就应该只在 一个参考系里的速度是 c , 在其它参考系里的速度就是 c加上它们的相对速度 。
那么 ,光在哪个参考系里的速度是c呢?火车系?地球系?太阳系?都没道理!
相对论诞生:爱因斯坦是如何创立狭义相对论的?| 深度
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答案我们也知道: 以太系 。
也就是说 , 我们认为 光只有在以太系的速度才是c 。 只有在 以太系里才可以用 麦克斯韦方程组推出电磁波的速度等于光速c , 在 其它参考系里麦克斯韦方程组是 不成立的 。
那么 ,以太是什么?为什么我们要选择 以太系呢?
02-以太
时间先回到200年前 。
19世纪初 , 在 托马斯·杨和 菲涅尔等人的努力下 , 光的 波动说逐渐被人们接受 。 随之而来的一个问题就是: 既然光是一种波 , 那光的介质是什么?
水波是一种波 , 它的介质是 水; 声波也是一种波 , 它在空气中传播时 , 介质就是 空气 。 这些波之所以能传到远处 , 就是因为 相邻介质点之间有 力的作用 , 大家一个“推”一个 , 把波传了出去 。
相对论诞生:爱因斯坦是如何创立狭义相对论的?| 深度
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既然 光也是一种波 , 我们自然会觉得 光波也应该和 水波、声波一样 , 是依靠 相邻介质点的相互作用传播到远处的 。
那么 , 光的介质是什么呢?光可以穿过遥远的星空来到地球 , 那么这种介质也应该遍布宇宙 。 我们给它取个名字 , 就叫 以太 。
以太似乎看不见摸不着 , 就像 空气一样 。 但是 , 大家都知道 , 如果我们相对空气运动 , 就能感觉到 风 。 同理 , 如果我们相对以太运动 , 按理说也能感受到“ 以太风” , 这就是很多实验寻找以太的思路 。
如果光的介质是遍布宇宙的 以太 , 我们自然就会觉得光的速度是相对 以太而言的 , 就像 水波的速度是相对水面那样 。
这样导致的直接后果就是: 我们必须假定麦克斯韦方程组只有在以太系中才成立 。
因为只有这样 , 我们才能 只在以太系里推出光的速度是 c , 才能说光的速度是相对以太而言的 , 才不跟上面矛盾 。
从这里大家也能感觉到:当我们在谈论 光和 以太的时候 , 我们其实是把 牛顿力学的那一套搬了过来 。 我们希望用 以太的力学性质来解释 光波 , 就像我们用空气和水的 振动来解释 声波和 水波那样 。
牛顿力学大获成功以后 , 不仅 牛顿被封了神 ,力学也同样获得了至高无上的地位 。
于是 , 科学家们开始形成了这样的一种观念: 力学是成功的 , 完美的 , 至高无上的 , 其他领域的东西只有最终在力学这里得到了解释 , 才能算是科学 。 我们要利用力学的世界观和方法论去解决其他领域的各种东西 。
这种观念 , 我们称之为 力学的自然观 , 或者 机械的自然观(在英文里 ,力学的和 机械的是同义词 , 都是 mechanical) 。
【相对论诞生:爱因斯坦是如何创立狭义相对论的?| 深度】《牛顿研究》
[法]亚历山大·柯瓦雷 著;张卜天译
在 力学自然观的大背景下 , 大家试图用 以太这种 力学模型来解释 光 , 解释 电磁波就是非常自然 , 而且非常合理的一件事了 。
只是大家后来发现这样做有许多困难 , 才开始 逐渐放弃用力学去解释电磁学 , 转而认为电磁理论也是跟力学一样基本的东西 。
也有走得更极端的 , 他们试图反过来 用电磁理论去解释力学 , 也就是把 电磁理论看成更基本的东西 。 这种观念叫 电磁自然观 , 此乃后话 。

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