其实这个问题的本质还是牛顿的绝对时空观与爱因斯坦的相对时时空观之间的较量。日常生活经验告诉我们,时空是绝对不变的,但有时候经验可能是错觉,或者说仅凭经验并不能感受到更本质的东西。

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爱因斯坦提出的相对论让我们明白,时空并不是绝对的,而是相对的。只不过你我都生活在低速世界,很难直观感受到速度对时空的影响,所以很多时候我们仍会强迫自己接受“时空是绝对的”这种观点。

其实持有这种观点对于生活在低速世界的我们来讲,没什么不好,甚至大多数时候我们都需要按照“绝对时空观”去解决问题。比如说火箭把各种探测器,卫星等发射升空,根本就不会考虑时空的相对性,都是以建立在绝对时空观基础上的牛顿力学为指导进行火箭发射的。

那是因为我们生活在低速世界,平时经历的速度与光速相比实在太小了,完全可以忽略不计。

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这也是为什么我们在计算相对速度时,通常都会采取直接叠加的方式来计算,这种方式其实就是“伽利略变换”。

举个例子,你乘坐一辆高铁旅行,高铁的速度为每秒100米。我静止在地面上观察你。你闲来无事,在高铁车厢里顺着高铁的方向奔跑,奔跑速度为每秒5米。

那么,在我眼里,你的速度是多少呢?

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估计小学生都能脱口而出,每秒105米。事实上这也是牛顿的答案,牛顿就是在这种思想体系下成功预测了太阳系行星的位置,你说厉不厉害?

牛顿去世一百多年之后,另一位物理学大佬横空出世,他就是麦克斯韦,他提出的麦克斯韦方程组堪称人类历史上最美的方程组。

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这个方程组看起来很复杂,不过你也不需要详细了解每个符号的含义,只需要知道这个方程组预言了电磁波的存在,而且光也是一种电磁波。

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还有一点让当时的物理学界大佬很头疼,麦克斯韦方程组推导出了光速的计算公式,这本来没有什么大不了的,但它推导出来的光速是是一个绝对固定值,而且没有任何参照系,只与真空的磁导率和介电常数有关。

这让当时的物理学家们很不理解:光速怎么可能是绝对不变的呢?不可能,绝对不可能。举个例子就明白当时的物理学家为什么不理解了。你拿着手电筒以每秒5米的速度奔跑,在我眼里,手电筒发出的光的速度是多少呢?

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按照刚才的速度叠加计算,答案应该是C+5,也就是光速加上你奔跑的速度。但如今麦克斯韦方程组告诉你答案仍旧是光速C,而不是C+5。

但不理解归不来理解,麦克斯韦方程组和牛顿经典力学出现矛盾了,总得解决吧?

从物理学大佬的解决方案来看,他们还是更愿意相信牛顿经典力学,于是开始左右逢源,努力为光速寻找合适的参照系。

这也很正常,毕竟当时牛顿力学统治物理学界三百多年了,早就被物理学界奉为神明,上天入地无所不能,物理学家们怎么可能轻易推倒好不容易快要建立起来的物理学大厦呢?

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但也不能得罪“麦克斯韦方程组”,毕竟它统一了电和磁。于是,物理学家们假设了一种名叫“以太”的东西,认为光的传播介质是以太,而以太也被认为是一种绝对静止参照系,也是光的参照系。

但是,以太的出现,不但没能很好地协调麦克斯韦方程组和牛顿力学,反而带来越来越多的麻烦。越来越多的证据表明以太是不存在的。但物理学大佬没有轻易放弃,提出了更多的假设,目的就是保证以太能够存在。

但更多的假设就像更多的定时炸弹一样,随时可能会被引爆。这就像为了圆一个谎言,就需要更多的谎言,每一个谎言就像一个定时炸弹,一不小心就会引爆。

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具有天才思维的爱因斯坦激发出了自己的灵感:既然以太的概念本来就是假设的,要想让这个假设成立,还需要更多的假设来维持,为何不从根上解决问题?

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于是,爱因斯坦果断地用“奥卡姆剃刀”一下子把“以太”给“咔嚓”掉了,把“光速不变原理”作为基本假设之一,提出了伟大的狭义相对论。

狭义相对论体系下,惯性系中的两个速度并不能简单纯粹地叠加,更精确的表达方式应该是这样的。

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这种速度叠加公式其实也是洛伦兹变换,它的使用范围更广。而伽利略变换只适用于低速世界,说白了,伽利略变换其实只是洛伦兹变换在低速世界的一个特例罢了。

从公式中可以看出,无论如何两个速度有多快,最终在惯性系中的叠加速度都不可能超过光速。而当两个速度很小时,分母就无限趋于1,公式也就简化为伽利略变换!