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光速在任何參照系下都保持不變,,為什么光速如此特殊?

 宇宙時空探索 2024-07-10 發(fā)布于遼寧

題目中所講的其實就是光速不變原理,,光速是絕對的,,在任何參照系下都保持不變。為什么光速如此特殊呢,?

簡單講:不知道,!光速就是這樣的,或者可以把光速不變原理理解為假設(shè),,科學(xué)家們觀測到的光速都是不變的,,因此就假設(shè)光速不變。就是這么簡單,,沒有其他原因,。

秉承著重要的事情說三遍的理念,這三遍就是:

光速不變原理是假設(shè),!

光速不變原理是假設(shè),!

光速不變原理是假設(shè)!

既然是假設(shè),,就不需要理由,,這種假設(shè)也可以認為公理,無需證明,。就好比你是男的,,現(xiàn)在假設(shè)你是女的,你會怎么找對象,?

你非要說“這個假設(shè)不對,,我是男的,怎么可能是女的呢,?”,,這就沒意思了,剛才我也講了,,假設(shè)的東西就無所謂對錯,,只需要你承認或者不承認,而無論你承認或者不承認,,也都沒有錯,。你甚至可以提出自己的假設(shè)來代替“光速不變原理”,完全是沒問題的,。

但話說回來,,科學(xué)家們提出的假設(shè)當(dāng)然不是無緣無故拍腦門想出來的,他們提出的假設(shè)要么符合我們的日常生活認知,,要么符合實驗的論證結(jié)果,,而當(dāng)我們的日常生活認知與實驗結(jié)果發(fā)生沖突時,,以后者為準!

其實科學(xué)的本質(zhì)就是假設(shè),,這里就不展開了,,不然沒完沒了。

舉個例子,,兩點之間線段最短,是個公理,,其實也是假設(shè),,這個假設(shè)符合我們的日常生活認知,不需要證明,,也沒有辦法最終證明,。

而光速不變原理也是假設(shè),這個假設(shè)違反了我們的日常生活認知,,但符合實驗論證結(jié)果,,當(dāng)然要以實驗為主,因為我們的生活認知可能存在局限性,,某種程度上講,,一定存在局限性!

到這里,,問題似乎要結(jié)束了,,既然光速不變原理是假設(shè),好像沒什么要說的了,。

其實不然,,簡單說“光速不變原理是假設(shè)”并不能服眾,我們還需要明白為什么科學(xué)家們會提出這種違背我們?nèi)粘I钫J知的假設(shè),。

我們都知道,,任何物體的運動都需要有參照系才有意義,就比如說我們通常所講的速度,,都是默認地面為參照系,,比如說高速公路限速為時速120公里,就是默認的地面為參照系,,當(dāng)然不必刻意強調(diào)一遍,。

這種思想在每個人心目中早就根深蒂固了,說明運動和靜止都是相對的,,都需要有參照系才有意義,,也非常符合我們的日常生活認知。

但是偉大的麥克斯韋方程組推導(dǎo)出來的電磁波速度公式,,也就是光速的公式中,,沒有涉及任何參照系,。其實這個公式已經(jīng)告訴了人類:光速在任何參照系下都保持不變。

但是,,要想讓一百多年前的人們接受這個顯而易見的結(jié)論,,是相當(dāng)困難的,如今我們認為很容易接受,,那是因為我們是站在“上帝視角”看問題的,。

一百多年前的物理學(xué)界,牛頓力學(xué)體系統(tǒng)治力如此之高,,當(dāng)時的物理學(xué)界早就視牛頓力學(xué)為“神明”,,絕對時空觀在人們心目中早就根深蒂固,如果光速真的是不變的,,意味著牛頓力學(xué)轟然倒塌,,這是他們無論如何都不能接受的。

但是,,麥克斯韋方程組明明推導(dǎo)出了光速確實是不變的,,怎么辦?難道麥克斯韋方程組錯了,?

雖然麥克斯韋方程組是“新生事物”,,但它如此優(yōu)美如此簡潔,甚至堪稱人類歷史上最優(yōu)美的方程組,,當(dāng)時的物理學(xué)界也不敢得罪麥克斯韋方程組,。

怎么辦?

結(jié)果很明顯,,要么牛頓經(jīng)典力學(xué)錯了,,要么麥克斯韋方程組錯了,物理學(xué)界必須進行二選一,。但事實上他們無法選擇,,結(jié)果只能妥協(xié),進行各種左右逢源,,試圖調(diào)和兩者之間的矛盾,。

而“以太”的概念就是在這種背景下誕生的(其實古代社會也有以太的概念,但本質(zhì)來講不是同一種東西),,物理學(xué)界假設(shè)以太是絕對靜止的參照系,,也是光速的參照系,以太充滿了整個宇宙空間,。

以太的概念很好協(xié)調(diào)了牛頓力學(xué)與麥克斯韋方程組之間的矛盾,,但由于以太只是假設(shè)的概念,必須在實驗中論證才有說服力。

于是接下來物理學(xué)界大佬通過各種實驗尋找以太存在的證據(jù),,著名的邁克爾遜莫雷實驗就是這樣誕生的,。

但是,實驗結(jié)果表明,,以太并不存在(具體實驗過程就不詳述了),。面對這樣的結(jié)果,其實邁克爾遜和莫雷兩人也不相信,,他們寧愿相信實驗過程出了差錯或者實驗儀器精確度有問題,,也不相信以太確實不存在。

因為他們知道“以太不存在”意味著什么,,意味著絕對時空觀和牛頓力學(xué)體系轟然倒塌,,這是他們無論如何都不能接受的。

于是,,邁克爾遜和莫雷兩人不斷對實驗進行改進,盡可能對實驗過程查漏補缺,,但結(jié)果都是一樣的:以太并不存在,。

按道理講,結(jié)果應(yīng)該已經(jīng)很明顯了:直接認為以太不存在就行了,。但剛才我也講了,,不要以今天的思維去衡量一百多年前的物理學(xué)認知。即便實驗結(jié)果已經(jīng)很明顯了,,但邁克爾遜和莫雷兩人自始至終都不愿意承認以太不存在,。

其實也能夠看出,要想顛覆在人們心目中早就根深蒂固的理論有多么困難,!

這里強調(diào)一下,,邁克爾遜莫雷實驗并沒有證明光速不變,只是證明了以太不存在,。而即便實驗真的證明了以太不存在,,當(dāng)時的物流學(xué)界也無法接受,于是他們?nèi)耘f通過各種辦法左右逢源,,力保以太的存在,。

比如說,洛倫茲假設(shè)以太會在運動方向上收縮,,這樣就能保證以太存在,,又能協(xié)調(diào)牛頓力學(xué)與麥克斯韋方程組之間的矛盾,并因此還推導(dǎo)出了著名的洛倫茲變換,。

但是為了保住以太的地位,,物理學(xué)界大佬不得不做出更多的假設(shè),還有非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式,而但凡任何一個假設(shè)出現(xiàn)偏差,,都會徹底顛覆以太的概念,,這意味著每個假設(shè)只是都相當(dāng)于一顆定時炸彈,隨時會引爆,。

還是愛因斯坦足夠大膽,,直接用“奧卡姆剃刀”否定了以太的概念,如果以太不存在了,,人們也不用費勁巴力地絞盡腦汁保住以太了,。于是愛因斯坦大膽提出了光速就是不變的,不需要參照系,。

在光速不變原理和相對論原理的基礎(chǔ)上,,愛因斯坦提出了偉大的狹義相對論。

任何科學(xué)理論都是建立在假設(shè)的基礎(chǔ)上,,假設(shè)的越少越好,。而愛因斯坦只用了兩個假設(shè)就推導(dǎo)出了狹義相對論

后來的無數(shù)次實驗也證明,光速不變原理確實如何人們的觀測結(jié)果,,一百多年過去了,,物理學(xué)家們并沒有發(fā)現(xiàn)相對論被證偽的任何事實。

完,。

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