爱因斯坦和他的相对论,可谓无人不知无人不晓。可能很多人并不知道相对论到底是一个什么样的理论,但绝对听说过“相对论”三个字。
不过,对于很多声称自己了解相对论的人来讲,并不是真的了解,不少人只是在随波逐流,在网络上对相对论各种以讹传讹的带动下,走上了质疑相对论的道路。
质疑相对论本没有错,因为科学本来就是用来质疑的,只有不断的质疑才能让科学向前发展。但在我们质疑任何一个理论之前,最起码的要求是需要了解该理论到底是一个什么样的理论,到底是如何诞生的。
不然的话,如果根本就不了解相对论,就是一个劲地质疑,这种质疑就毫无意义,更多的只是在找存在感罢了。
那么,爱因斯坦的狭义相对论到底是如何诞生的呢?
先从牛顿的经典力学说起。牛顿的经典力学是以绝对时空观为背景提出来的,牛顿认为,时间和空间都是绝对不变的,一分钟在任何人看来都是一分钟,放在宇宙中任何位置都是一分钟,不会有任何改变。
时空的这种绝对性很符合我们的日常生活经验,你每天度过了24小时,我也同样如此,地球上的每个人经历的一天都是24小时,不会有任何不同。
绝对时空观也统治了物理学界几百年。这几百年时间,牛顿经典力学完全被“神化”,人们坚信牛顿经典力学能够“上天入地”,肯定不会有错。
直到19世纪末,这一切悄悄地发生了改变。
当时的物理学家们认为人类物理学大厦很快就要建成,能发现的基本上都发现的差不多了,不会有什么重大发现了,只需要对物理学大厦进行修修补补就可以了。
不过当时的物理学大厦上方飘着的“两朵乌云”就像一锅粥里的两只苍蝇一样,让科学家们非常不爽。这两朵乌云分别是“迈克尔逊莫雷实验”和“黑体辐射”,也就是热辐射实验。
如今我们知道,正是这两朵乌云,让物理学家引以为豪的物理学大厦轰然倒塌,从而诞生了颠覆性的新理论,相对论和量子力学。
整个过程说起来很简单,但实际上经历了很多波折,才最终让狭义相对论和量子力学问世。量子力学暂且不说了,今天主要讲讲狭义相对论。
刚才所说的“迈克尔逊莫雷实验”到底是什么样的实验呢?主要与“以太”的概念有关。在以太的概念出现之前,人们坚信任何速度都是相对的,必须有参照系才有意义,这也同样符合人们的生活经验。
不过伟大的麦克斯韦方程组推导出来的光速计算公式表明,光速并没有参照系,它只与真空的介电常数和磁导率有关。
当时的物理学界的第一反应是:不可能,肯定不可能!但麦克斯韦方程组就摆在那里,光速明明就是没有参照系,怎么办?光速竟然没有参照系?
如果光速真的没有参照系,意味着统治物理学界几百年的牛顿经典力学轰然倒塌,这是物理学家们绝对不允许的。
牛顿经典力学与麦克斯韦方程组之间的矛盾,让物理学家们十分困惑和不爽。一个是统治物理学界几百年的理论,科学界早就奉为“神明”的理论,另一个是统一了电磁学的理论,堪称人类历史上最优美的方程,麦克斯韦方程组。
两者谁都不能得罪!怎么办?物理学家们开始“左右逢源”,试图用中庸的方法协调两者之间的矛盾。
于是“以太”的概念应用而生,以太是假设的概念,被认为是绝对静止的参照系,也是光的参照系。如此一来,牛顿经典力学和麦克斯韦方程组之间的矛盾完美解决了。
但是科学是严谨的,所谓“大胆假设小心求证”,以太的概念毕竟是假设的,还需要实验来验证其真实存在。
而“迈克尔逊莫雷实验”正是在这种背景下进行的,目的就是为了寻找假设的以太。但实验结果表明,以太根本就不存在。由于当时的物理学界对牛顿经典力学非常膜拜,绝对时空观的思想在物理学界如此根深蒂固,迈克尔逊和莫雷本人也不相信实验结果,他们甚至认为实验肯定出现差错了。
但之后不管他们如何调整实验过程,不管实验多么精确,结果都表明以太不存在。之后很多科学家都纷纷站出来测量光速,但结果都是一样的,光速恒定不变。
一时间,物理学家们不知道该怎么办了!还是爱因斯坦颠覆性的思维打破了僵局,爱因斯坦这样想:既然实验没有问题,肯定是以太的问题。以太本身就是假设的概念,还与实验不符,这就说明以太根本就不存在。
于是,秉承着“如无必要勿增实体”的原则,爱因斯坦用“奥卡姆剃刀”直接把以太“咔嚓”了!在此基础上,爱因斯坦大胆提出了这样的假设:光速是绝对的,在任何参照系下测量出来的都是光速。这也就是光速不变原理。
有了光速不变原理,再加上相对性原理,狭义相对论呼之欲出!
到这里,你应该明白了,狭义相对论的提出完全是建立在两个假设基础上,其中一个假设就是光速不变原理。
光速不变原理是假设,假设,假设!重要的事情说三遍。这个假设也可以理解为公理,不需要证明,也不可能完全证明。
任何科学理论其实都是建立在假设的基础上,因为科学的本质就是假设。从这点上来讲,你完全没有必要质疑相对论,因为假设的东西没有质疑的必要,你只需要选择相信或者不相信就可以了。
当然,你完全也可以提出自己的假设取代爱因斯坦的假设,然后提出自己的理论,但关键在于:你如何让别人相信你的假设!
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