这个 公设自然就是 狭义相对论的两大基本假设之一的 相对性原理: 一切物理定律(包括力学、电磁学、光学)在所有的惯性系里都是等价的 , 它们的数学形式在所有的惯性系里都相同 。
伽利略只说 力学定律满足相对性原理( 上一篇文章 里详细说了) ,爱因斯坦则把它的范围扩大了 , 认为电磁定律、光学定律也应该满足相对性原理 。
而对于 光行差、斐索流水等著名的 以太漂移实验 ,爱因斯坦在论文里只提了一句“以及企图证实地球相对于光媒介运动实验的失败” , 然后就没有了 。
另外 , 他在后面也写了“对于 第一级微量来说 , 这是已经证明了的” 。 这里特意提到 v/c一阶量级 , 也说明他没怎么重视 迈克尔逊-莫雷实验这个 v2/c2二阶量级的实验 。
这样 , 结合前面各种实验、理论以及哲学上的分析 ,爱因斯坦就正式回答了文章开篇的灵魂拷问: 电磁理论是否满足相对性原理?
他坚定地回答: 是!
而一旦认定电磁理论满足相对性原理 , 那所有的 惯性系就都等价了 , 电磁定律也将在所有的惯性系里成立 。 与此同时 , 搞特殊的 以太系将不再有任何立足之地 。
19-真正的困难
就在 爱因斯坦一路高歌猛进 , 试图用这种思路协调 牛顿力学和 麦克斯韦电磁理论的时候 , 他遇到了一个困难 , 一个 真正棘手的困难 。
如果我们认为 电磁定律满足 相对性原理 , 那么 麦克斯韦方程组就应该在 所有的惯性系里都成立 。
在《见证奇迹的时刻:如何从麦克斯韦方程组推出电磁波?》 里我就给大家推导了 , 我们可以在 不预设参考系的条件下直接从 麦克斯韦方程组推出 电磁波的速度就是 光速c 。
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现在 相对性原理说 麦克斯韦方程组在所有的惯性系里都成立 , 那我自然就可以在 所有的惯性系里都推出电磁波(光)的速度是 c 。
也就是说 ,光在所有惯性系里的速度都是c , 它不随着参考系的改变而改变 。 我们知道这就是后来 的 光速不变原理 。
当然 , 我们似乎可以直接从 麦克斯韦方程组和 相对性原理推出光速不变来 。
但是 ,麦克斯韦方程组在当时的地位还没有这么稳固 , 许多人基于 光速可变对 麦克斯韦方程组做了各种令人难以置信的修改 。 爱因斯坦也考虑过一些发射理论 , 但都失败了 。
所以 ,爱因斯坦最后还是选择把 光速不变作为一条单独的 原理提出来 , 而不是作为相对性原理和麦克斯韦方程组的 推论 。
不管怎样 , 在爱因斯坦创立狭义相对论的过程中 ,光速不变实在显得太过荒谬 , 完全跟常识相悖 。
你想想 , 怎么能一个物体的速度在所有的惯性系里都一样呢?在一辆速度为 300km/h的高铁上 , 列车员以 5km/h速度朝 车头走去 。 那么 ,火车上的人会觉得列车员的速度是 5km/h ,地面上的人觉得他的速度是 300+5=305km/h 。
火车系和 地面系当然会觉得列车员的速度 不一样 , 而且就差了 火车的速度300km/h 。 你要说地面和火车上的人觉得列车员的速度是一样的 , 别人估计要建议你去看眼科了 。
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而现在 , 我们只要让 麦克斯韦方程组满足 相对性原理 , 就必然会得出 火车系和 地面系觉得光速都一样的结论 , 这不反了么?
明明电磁理论应该满足相对性原理 , 那为什么让 麦克斯韦方程组满足 相对性原理就会导致 光速不变这个怪物呢?怎样才能把它们协调起来呢?
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