相对论诞生:爱因斯坦是如何创立狭义相对论的?| 深度( 九 )


然后 ,迈克尔逊-莫雷实验告诉我们这两个时间是一样的 , 我们可以据此说 以太风不存在 。 但是 ,以太风不存在和 以太不存在这绝对绝对是两码事啊!
我们都知道风就是空气的流动 。 那么 ,你会根据一个地方没有风就说这里的空气不存在么?
自己都觉得很荒谬是不是?高铁在铁轨上飞奔 , 但车厢里并没有风 , 我们能因此就说高铁里没有空气么?同理 ,为什么我们要根据迈克尔逊-莫雷实验的零结果就判断以太不存在呢?
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我们做任何判断都要 合乎逻辑 , 我们不能因为后来 狭义相对论不需要以太 , 你就直接偷懒说迈克尔逊-莫雷实验“证明了”以太不存在 。 否则 ,科学的严谨和严密何以立足?
那么 , 根据 迈克尔逊-莫雷实验的零结果 , 我们最容易、最自然想到的结论是什么呢?
我不知道你是怎么想的 , 反正我觉得就像 高铁里感觉不到风一样 。 我们在地面观测不到以太风 , 最合理的猜测就是 地球会拖着附近的以太跟着它一起运动 , 就像粘性流体那样 。
这样 , 地球和地面附近的以太就会保持相对静止 , 所以就观测不到 以太风了 。 这就是流体力学大佬 斯托克斯的 完全曳引假说 。
以太在当时的感知是极强的 , 认为光的传播需要一种介质的想法合情合理 , 各种实验也能用基于 以太的 部分曳引假说得到很好的解释 。
在这种环境下 , 你觉得物理学家们会因为 观测不到以太风就直接把以太这个根基给丢了么?那也太暴躁了吧!
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爱因斯坦确实抛弃了以太 , 但绝不是因为这个实验 。
迈克尔逊和 莫雷做了这个实验以后 , 也只是转向了 斯托克斯的 完全曳引假说 。 也就是说 , 他们也认为没观测到以太风 , 是因为地球 完全拖曳了以太 , 导致它们相对静止 , 而不是说以太不存在 。
当然 ,完全曳引假说后来又被其它实验否决了 , 那是后话 , 我们这里不细谈 。
迈克尔逊-莫雷实验让物理学家们大为震惊 。 本来 ,菲涅尔的 部分曳引假说跟许多 一阶实验都符合得非常好 , 人们也慢慢倾向于认为以太在透明介质中会被部分拖曳 , 在真空中应该是 完全静止的 , 这样 地球跟 以太之间就应该有 相对运动 。
现在 迈克尔逊-莫雷实验跑过来说没有相对运动 , 地球和附近的以太应该是 相对静止的 , 这就直接跟 部分曳引假说发生了冲突 。
完全曳引假说虽然能解释这个实验 , 但跟其它实验又发生了冲突 , 你让我们怎么办?
当然 , 在物理学里 ,危机就是转机 。 物理学家们从来不惧怕问题 , 相反 , 如果所有的问题都被解决了 , 那他们就要失业了 。
针对 迈克尔逊-莫雷实验这个匪夷所思的结果 , 物理学家们进行了大量的思考 , 做的最好的是 洛伦兹 。
12-洛伦兹和电子论
提到 洛伦兹 , 很多人的第一反应就是高中学的 洛伦兹力 , 也就是 运动电荷在磁场中受到的力 。 这是一个非常基本的概念 , 所以 , 可以猜测 洛伦兹在 电动力学里应该非常重要 , 虽然这很容易被忽视 。
提到 经典电动力学 , 很多人的脑袋里只有 麦克斯韦 。 但是你想啊 ,麦克斯韦方程组使用的都是诸如 电通量、 磁通量、 散度、 旋度这样的概念 , 而我们高中学习电磁学用的都是 电子移动产生电流 , 电子在电场中受到电场力 , 运动电子在磁场中受到洛伦兹力等这样的概念 。

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