16-不存在绝对运动
马赫对 爱因斯坦创立狭义相对论的影响是非常巨大的 。
爱因斯坦在学生时代就读过马赫的《力学史评》 ,奥林匹亚科学院(大学刚毕业的 爱因斯坦和几位朋友创建的一个以 科学和哲学的交界问题为主题的学习小组 。 他们经常一起共同研读 一本书)期间又跟朋友们仔细研读了这本书 。
《力学及其发展的批判历史概论》
[奥]恩斯特·马赫 著;李醒民译
在仔细研究了 马赫的思想之后 ,爱因斯坦的态度基本上就变成了: 马赫说得对 , 牛顿的绝对时空观不可取 。 没有绝对空间和绝对运动 , 我们能观测到的都是相对空间和相对运动 。
这是爱因斯坦跟其他老一辈物理学家们最大的区别 。
因为 爱因斯坦很年轻 , 牛顿力学的那套框架对他束缚不深 。 在他对新事物、新思想接受最容易的年纪 ,马赫对牛顿力学进行了深入而又系统地批判 , 对 休谟《人性论》的研读又大大增加了他 怀疑一切的勇气 。
所以 , 在其他物理学家还在试图通过 对牛顿力学这套框架的修修补补来解释各种新实验的时候 , 爱因斯坦早已坚信“ 不存在绝对运动”了 。
于是 , 他的问题就变成了如何协调 牛顿力学和 麦克斯韦电磁理论 , 而不是试图用牛顿力学去解释一切 。
看懂了这点 , 我们才能明白爱因斯坦的那些神来之笔 , 那些似乎是从天而降的天才想法是怎么来的 。 才能明白为什么爱因斯坦跟其他物理学家的思路不一样 , 为什么他会捷足先登创立狭义相对论 。
理解了爱因斯坦坚信 不存在绝对运动 , 就很容易理解对于 洛伦兹1895年的那篇论文 , 为什么爱因斯坦一方面对洛伦兹在那些“技术上”的处理非常满意 , 另一方面又对洛伦兹的 静止以太假设非常排斥了 。
不存在绝对运动 , 也就是说 只有两个物体之间的相对运动才是实在的 。 那么 , 两个做匀速直线运动的物体就不存在谁更特殊的问题 , 它们应该都是 等价的 , 这也是 相对性原理的体现 。
但是 , 在洛伦兹的 静止以太假说里 ,以太系始终是那个 最为特殊的参考系 , 它与其它参考系 并不等价 。
虽然洛伦兹从来没有说他的静止以太就是牛顿的绝对空间 , 但从它的性质来看 , 一个 没有任何力学性质的纯背景墙式的静止以太 , 跟 绝对空间也没什么大的区别了 。
所以 ,爱因斯坦断然无法接受 。
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牛顿认为存在 绝对空间 , 通过 伽利略变换 , 可以让 牛顿力学的定律在那些相对绝对空间匀速直线运动的参考系里也能保持数学形式不变 。
洛伦兹认为存在 静止的以太 , 通过引入 地方时和 对应态定理 , 可以让 电磁定律在那些相对以太匀速直线运动的参考系里保持数学形式不变 。
牛顿和 洛伦兹处理问题的内核是一致的 。
马赫认为 不存在绝对空间 , 那么所有相互做匀速直线运动的 惯性系就应该是真正完全等价的 , 并没有哪一个更加特殊 。 而物理定律对所有 惯性系平权 , 并不存在一个更加优越的参考系 , 这正是 狭义相对论里 相对性原理的精髓 。
也因为如此 , 一些被 洛伦兹认为只是纯 数学技巧 , 只是为了通过这种变换方便在以太系处理问题的手段 , 在 爱因斯坦的眼里就有了 物理意义 。 因为对爱因斯坦来说 ,每一个惯性系都是同等真实的 ,一切能观测到的效应 , 都应该是相对运动造成的 。
从 哲学的角度来看 , 如果爱因斯坦接受了马赫的批判 , 就应该认为 不存在绝对运动不仅对 力学有效 , 对 电磁理论也应该是有效的 。 所以 ,电磁理论满足 相对性原理就应该是理所当然的事情 。
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