當(dāng)別人還忙于在經(jīng)典的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)框架內(nèi)用形形色色的假說(shuō)來(lái)修補(bǔ)“以太風(fēng)”學(xué)說(shuō)時(shí),瑞士專利局的一個(gè)普通小職員——26歲的愛(ài)因斯坦接受了馬赫的思想,開(kāi)始勇敢拋棄絕對(duì)性概念和以太思想。
否定了以太就意味著否定了宇宙空間中(一般是真空)光的傳播需要媒介(現(xiàn)在我們知道光波其實(shí)就是依靠交變電場(chǎng)和交變磁場(chǎng)相互激發(fā)來(lái)傳播的),真空光速就完全取決于交變電磁場(chǎng)本身的性質(zhì),人們過(guò)去認(rèn)為的“以太風(fēng)”導(dǎo)致的光速變化將不再可能存在。而且否定了以太,實(shí)際上就否定了運(yùn)動(dòng)的普遍參照物,因此也否定了牛頓的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。試想,在宇宙空間里,當(dāng)兩個(gè)天體之間的距離減小時(shí),我們?cè)跄芏ㄕ摼烤故钦l(shuí)向誰(shuí)靠近呢?我們和光源之間的勻速相對(duì)運(yùn)動(dòng)都可以等價(jià)為光源在勻速運(yùn)動(dòng)而我們保持靜止。和實(shí)物運(yùn)動(dòng)不同,對(duì)于任意的波動(dòng)而言,波速并不遵從相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度疊加原理,隨波源的運(yùn)動(dòng)而變化。既不會(huì)受傳播媒介運(yùn)動(dòng)影響,也不會(huì)因?yàn)椴ㄔ吹倪\(yùn)動(dòng)變快或變慢。這樣,在一切相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的觀察者(慣性系)看來(lái),真空光速都是相同的?;蛘哒f(shuō),在任意的慣性系中測(cè)量的真空光速都是一樣的。這就是愛(ài)因斯坦賴以建立“狹義相對(duì)論”的第一個(gè)基本原理——光速不變?cè)怼?/P>
1731年英國(guó)一位天文愛(ài)好者用望遠(yuǎn)鏡在南方夜空的金牛星座上發(fā)現(xiàn)了一團(tuán)“蟹狀星云”。后來(lái)的觀測(cè)表明,這只“螃蟹”在膨脹。根據(jù)觀測(cè)到的膨脹速率,科學(xué)家們推斷這團(tuán)星</PGN0199B.TXT/PGN>云的膨脹開(kāi)始于公元1060年左右,是由于一次超新星爆發(fā)導(dǎo)致的。令人驚喜的是,我國(guó)的史籍中記載了這一宇宙奇觀?!端螘?huì)要》中這樣寫道:“嘉佑元年三月,司天監(jiān)言,客星沒(méi),客去之兆也。初,至和元年五月晨出東方,守天關(guān),芒角四出,色赤白,凡見(jiàn)二十三日。”這段話的大意為:負(fù)責(zé)觀測(cè)天象的官員(司天監(jiān))說(shuō),超新星(客星)最初出現(xiàn)于公元 1054年(北宋至和元年),位置在金牛星座(天關(guān))附近,白晝看起來(lái)賽過(guò)金星(太白),歷時(shí)23天。往后慢慢暗下來(lái),直到1056年(嘉佑元年)這位“客人”才隱沒(méi)。當(dāng)超新星爆發(fā)時(shí),它的外圍物質(zhì)向四面八方飛散。如果光速遵從經(jīng)典的速度合成律而會(huì)發(fā)生改變,那么有些向著我們運(yùn)動(dòng)的拋射物發(fā)出的光線就將更快地向我們傳播,而那些橫方向的拋射物發(fā)出的光線向我們靠近的速度就要慢一些。根據(jù)天文觀測(cè)的數(shù)據(jù),在這種情況下,人們?cè)?5年的時(shí)間里一直能看到超新星爆發(fā)的強(qiáng)光。但史書的記載卻表明,“客星”從出現(xiàn)到隱沒(méi)不過(guò)兩年時(shí)間。這個(gè)矛盾只有運(yùn)用光速不變的假設(shè)才能給予圓滿解釋,因此這一實(shí)例一直被做為光速不變?cè)淼淖詈美C。
在這里避免提及加速運(yùn)動(dòng)或非慣性系,是因?yàn)榧铀俣葼可娴搅Φ淖饔?,而力在?ài)因斯坦的廣義相對(duì)論里往往反映了時(shí)空性質(zhì)的改變,相應(yīng)的形成光波的交變電磁場(chǎng)的性質(zhì)也會(huì)改變,于是光速也會(huì)發(fā)生改變。
真空光速在慣性系里不變實(shí)際上意味著同一束光線的交變電磁場(chǎng)性質(zhì)在不同的慣性系中具有相同的描述。伽利略曾利用封閉大船里的機(jī)械運(yùn)動(dòng)闡述了力學(xué)規(guī)律對(duì)于慣性系的不變性,實(shí)際上我們無(wú)論做怎樣的物理實(shí)驗(yàn),力學(xué)的、光學(xué)的還是電磁學(xué)的,都無(wú)法證明大船相對(duì)于陸地的勻速運(yùn)動(dòng)。愛(ài)因斯坦大膽地提出:在彼此相對(duì)做勻速運(yùn)動(dòng)的慣性系里,我們不可能通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)此參照系相對(duì)于彼參照系的勻速運(yùn)動(dòng),或者說(shuō),所有的慣性系都是平等的,在它們當(dāng)中一切物理規(guī)律都相同。這就是狹義相對(duì)論另一個(gè)基本原理——相對(duì)性原理。
在徹底拋棄以太學(xué)說(shuō)和絕對(duì)性概念之后,年輕的愛(ài)因斯坦提出了兩個(gè)貌不驚人的原理——光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理,然而就是在這兩個(gè)原理的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的狹義相對(duì)論卻斗膽向經(jīng)典的物理學(xué)提出了挑戰(zhàn),甚至動(dòng)搖了整個(gè)傳統(tǒng)物理學(xué)的時(shí)空觀。
當(dāng)別人還忙于在經(jīng)典的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)框架內(nèi)用形形色色的假說(shuō)來(lái)修補(bǔ)“以太風(fēng)”學(xué)說(shuō)時(shí),瑞士專利局的一個(gè)普通小職員——26歲的愛(ài)因斯坦接受了馬赫的思想,開(kāi)始勇敢拋棄絕對(duì)性概念和以太思想。
否定了以太就意味著否定了宇宙空間中(一般是真空)光的傳播需要媒介(現(xiàn)在我們知道光波其實(shí)就是依靠交變電場(chǎng)和交變磁場(chǎng)相互激發(fā)來(lái)傳播的),真空光速就完全取決于交變電磁場(chǎng)本身的性質(zhì),人們過(guò)去認(rèn)為的“以太風(fēng)”導(dǎo)致的光速變化將不再可能存在。而且否定了以太,實(shí)際上就否定了運(yùn)動(dòng)的普遍參照物,因此也否定了牛頓的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。試想,在宇宙空間里,當(dāng)兩個(gè)天體之間的距離減小時(shí),我們?cè)跄芏ㄕ摼烤故钦l(shuí)向誰(shuí)靠近呢?我們和光源之間的勻速相對(duì)運(yùn)動(dòng)都可以等價(jià)為光源在勻速運(yùn)動(dòng)而我們保持靜止。和實(shí)物運(yùn)動(dòng)不同,對(duì)于任意的波動(dòng)而言,波速并不遵從相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度疊加原理,隨波源的運(yùn)動(dòng)而變化。既不會(huì)受傳播媒介運(yùn)動(dòng)影響,也不會(huì)因?yàn)椴ㄔ吹倪\(yùn)動(dòng)變快或變慢。這樣,在一切相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的觀察者(慣性系)看來(lái),真空光速都是相同的?;蛘哒f(shuō),在任意的慣性系中測(cè)量的真空光速都是一樣的。這就是愛(ài)因斯坦賴以建立“狹義相對(duì)論”的第一個(gè)基本原理——光速不變?cè)怼?/P>
1731年英國(guó)一位天文愛(ài)好者用望遠(yuǎn)鏡在南方夜空的金牛星座上發(fā)現(xiàn)了一團(tuán)“蟹狀星云”。后來(lái)的觀測(cè)表明,這只“螃蟹”在膨脹。根據(jù)觀測(cè)到的膨脹速率,科學(xué)家們推斷這團(tuán)星</PGN0199B.TXT/PGN>云的膨脹開(kāi)始于公元1060年左右,是由于一次超新星爆發(fā)導(dǎo)致的。令人驚喜的是,我國(guó)的史籍中記載了這一宇宙奇觀?!端螘?huì)要》中這樣寫道:“嘉佑元年三月,司天監(jiān)言,客星沒(méi),客去之兆也。初,至和元年五月晨出東方,守天關(guān),芒角四出,色赤白,凡見(jiàn)二十三日?!边@段話的大意為:負(fù)責(zé)觀測(cè)天象的官員(司天監(jiān))說(shuō),超新星(客星)最初出現(xiàn)于公元 1054年(北宋至和元年),位置在金牛星座(天關(guān))附近,白晝看起來(lái)賽過(guò)金星(太白),歷時(shí)23天。往后慢慢暗下來(lái),直到1056年(嘉佑元年)這位“客人”才隱沒(méi)。當(dāng)超新星爆發(fā)時(shí),它的外圍物質(zhì)向四面八方飛散。如果光速遵從經(jīng)典的速度合成律而會(huì)發(fā)生改變,那么有些向著我們運(yùn)動(dòng)的拋射物發(fā)出的光線就將更快地向我們傳播,而那些橫方向的拋射物發(fā)出的光線向我們靠近的速度就要慢一些。根據(jù)天文觀測(cè)的數(shù)據(jù),在這種情況下,人們?cè)?5年的時(shí)間里一直能看到超新星爆發(fā)的強(qiáng)光。但史書的記載卻表明,“客星”從出現(xiàn)到隱沒(méi)不過(guò)兩年時(shí)間。這個(gè)矛盾只有運(yùn)用光速不變的假設(shè)才能給予圓滿解釋,因此這一實(shí)例一直被做為光速不變?cè)淼淖詈美C。
在這里避免提及加速運(yùn)動(dòng)或非慣性系,是因?yàn)榧铀俣葼可娴搅Φ淖饔茫υ趷?ài)因斯坦的廣義相對(duì)論里往往反映了時(shí)空性質(zhì)的改變,相應(yīng)的形成光波的交變電磁場(chǎng)的性質(zhì)也會(huì)改變,于是光速也會(huì)發(fā)生改變。
真空光速在慣性系里不變實(shí)際上意味著同一束光線的交變電磁場(chǎng)性質(zhì)在不同的慣性系中具有相同的描述。伽利略曾利用封閉大船里的機(jī)械運(yùn)動(dòng)闡述了力學(xué)規(guī)律對(duì)于慣性系的不變性,實(shí)際上我們無(wú)論做怎樣的物理實(shí)驗(yàn),力學(xué)的、光學(xué)的還是電磁學(xué)的,都無(wú)法證明大船相對(duì)于陸地的勻速運(yùn)動(dòng)。愛(ài)因斯坦大膽地提出:在彼此相對(duì)做勻速運(yùn)動(dòng)的慣性系里,我們不可能通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)此參照系相對(duì)于彼參照系的勻速運(yùn)動(dòng),或者說(shuō),所有的慣性系都是平等的,在它們當(dāng)中一切物理規(guī)律都相同。這就是狹義相對(duì)論另一個(gè)基本原理——相對(duì)性原理。
在徹底拋棄以太學(xué)說(shuō)和絕對(duì)性概念之后,年輕的愛(ài)因斯坦提出了兩個(gè)貌不驚人的原理——光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理,然而就是在這兩個(gè)原理的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的狹義相對(duì)論卻斗膽向經(jīng)典的物理學(xué)提出了挑戰(zhàn),甚至動(dòng)搖了整個(gè)傳統(tǒng)物理學(xué)的時(shí)空觀。