文章图片
文章图片
日常生活经验告诉我们 ， 速度都是有参照物的 ， 否则就没有意义 。 在地球上 ， 通常我们会默认以地面为参照物 。 比如我们经常说高速公路上汽车的限速是时速120公里 ， 这里的时速120公里就是默认地面为参照物 。
那么光呢？光的参照物是什么呢？
光比较特殊 ， 就是因为一个原理：光速不变 。 也就是说 ， 光速相对于任何参照物都保持不变 。 简单理解就是：光速是绝对的 。 光速不需要参照物 ， 或者说光速相对于任何参照物的速度都保持不变 。
不过 ， 人类科学史上对光速的认知并非一帆风顺 。
19世纪70年代 ， 麦克斯韦从他的电磁方程组推导出了光速（电磁波）的速度是一个常数 ， 公式如下：
公式中可以看出 ， 光速确实是一个常数 ， 而且公式中并没有任何参照系 ， 也就是说 ， 光速的大小与参照系无关 ， 只与真空的介电常数和磁导率有关 。 说白了 ， 光速的绝对性是真空的固有属性 。
光速的这种绝对性完全颠覆了物理学家们长期以来的思维方式 。 牛顿经典力学统治着当时的物理学界 ， 物理学家们也对牛顿力学深信不疑 。
【速度有了参照物才有意义，光速的参照物是什么呢？】但如今诡异的光速横空出世 ， 物理学家们也开始以牛顿经典力学为标准替光速找参照物 ， 于是“以太”的概念应用而生 。
以太 ， 被定义为绝对静止的参照物 ， 充满了宇宙每个角落 ， 光的参照物正是以太 。
不过 ， 以太毕竟是一个假想的概念 ， 科学家们必须寻找到以太的存在 。 于是各种实验开始上场 ， 其中就包括著名的迈克尔逊莫雷实验 ， 这个实验本来是寻找以太的 ， 没想到结果反而否定了以太的存在 。
因为迈克尔逊莫雷实验的结果表明 ， 光速在任何惯性参照系里的速度都保持不变 。 物理学家们当然不甘心 ， 他们早已经奉牛顿经典力学为神明 ， 如果不能找到光速的参照物 ， 这个神明就会轰然倒塌 。
于是 ， 庞加莱洛伦兹等人开始“左右逢源” ， 试图调和麦克斯韦方程组与牛顿经典力学之间的矛盾 ， 本质上他们仍旧没有摆脱牛顿的绝对时空观 ， 只是在不断改良 。
而伟大的爱因斯坦凭借他那天才大脑和颠覆性的思维 ， 用奥卡姆剃刀把以太直接“咔嚓”掉：既然以太是假想的概念 ， 又带来了各种矛盾和不协调因素 ， 它就没有存在的必要了 。
于是 ， 在光速不变原理和相对性原理两大公设的前提下 ， 狭义相对论横空出世 。
狭义相对论彻底抛弃了牛顿的绝地时空观 ， 提出了相对时空观 ， 认为时间和空间不是绝对的 ， 而是具有弹性的 ， 会随着物体的运动而发生改变 。
在狭义相对论体系下 ， 光速不仅仅是指光的速度 ， 而是四维时空的固有属性 ， 内在秉性 。 除了光之外 ， 信息 ， 引力波等传播速度也是光速 ， 这都与四维时空息息相关！
推荐阅读
- 交配时成为琥珀，4100万年后还要被人围观，堪称史上最尴尬的事
- 在人类的体内，是否真的存在植物细胞？
- 为何女性生殖期这么短，且要经历更年期？或是为了帮助人类进化
- 中国天眼曾收到宇宙深处的强烈信号，47天重复1652次，要回复吗？
- 原子模型的发展
- 科学家终于明白了，为什么水可以自发地形成过氧化氢？
- 究竟是什么？科学家在海底发现巨大金属装置，形似太空船零件
- 研究者在夏威夷洞穴发现数千种未知细菌
- 空气中的病毒是如何传播的？