愛因斯坦是怎麼確定 光速不變 這個相對論的前提條件的?

時間 2021-05-07 03:34:36

1樓:劉雙林

光速不變,就是相對論的基本前提條件。離開了光速不變這個假設條件,就沒有相對論。離開「公尺是1/299792458秒的時間間隔內光在真空中行程的長度」,就沒有相對論。

牛頓的絕對時空觀,不同參照系光速是不同的。牛頓時空觀的前提條件是:絕對時間,絕對空間刻度。結論是:光速是相對的。

相對論和牛頓絕對時空觀,是前提條件(基本標準)不同的兩個理論。

不過,相對論更符合人們的感光世界。

2樓:chenhong0602

正確的「光速不變」是指:光在均勻介質中的傳播速度不變。這是指光相對於介質(或者介質所在參照系)的速度不變,而不是相對其它任何乙個參照系。

「速度」概念本身,就要求相對於不同的參照系,速度的值必然不同。

相對論的「光速不變原理」是說「光相對於任何參照系的速度均不變」,意思是光除了相對於介質(及介質所在的參照系)的速度不變之外,相對於其它參照系,其速度的值也是一直不變的,都和光除了相對於介質(及介質所在的參照系)的速度值一致。這直接與「速度」概念本身產生矛盾。

我想,這樣說,應該可以讓你明白其假設的荒謬程度了吧?

3樓:鍾華 雲巒之上

光速不變是乙個偽命題,https://

這是蘇格蘭科學家的拍攝的光執行的影像,映像中發展光束是螺旋行進的,行進過程中周邊的光子不斷後退到尾部,那問題就來了,一束光的行進中,光子的速度是不同的,憑什麼說光的速度是相同的,不變的?

不要拿洛倫茨說事,任何理論物理學家的推論都是建立在概念基礎上的,概念是建立在物的基礎上的,物總結為概念時必然帶有誤差,所以概念推理運算是必然帶有觀察的缺陷和錯誤,必然存在問題

編輯於 2017-12-17

著作權歸作者所有

4樓:羅治平

我來給乙個容易理解點的解釋吧。

一切皆從相對性原理說起,相對性原理很早就有,那是大神伽利略提出的,實際上牛頓的第一第二定律也是他老人家給出的。咱們來用科普讀物的辦式來解釋,也就是不用公式。相對性原理是說物理學定律在所有慣性系當中應該具有相同的形式。

比如,你在北京研究物理學,通過一系列實驗,你發現了牛頓第一和第二定律,我在一列從北京開往上海的火車上也研究動力學,我也發現了牛頓第一和第二定律,那麼,我得到的定律和你得到的定律是一毛一樣的,並且我和你都能確定對方得到了一毛一樣的定律,還有對方也都能發現相對性原理。相對性原理本身不是物理學定律,但它說物理學定律應該滿足我的要求,它可算定律的定律。

好了,到了麥氏方程這裡相對性原理似乎出了問題。麥氏方程裡光速(相對速度)乙個常數,似乎這個優美簡潔的理論滿足不了相對性原理。還是剛才的例子,你我要是分別在北京地面和火車上研究電磁學,相對性原理要求我們必須得到同樣的麥氏方程,但是如果這樣,我們要是去測量一顆從北京飛往上海的光子的跟自己的相對速度,必然要得到相同的數值,不管光源如何運動,也不管火車開得有多快,這和測量其他東西的速度有相當的不同,比如火車要是開得和子彈一樣快,我在火車上會覺得你在北京發射出來的子彈跟我的相對速度是零,而你顯然覺得子彈在飛速離你而去。

你和我具有相對速度,在同樣的運動方向上測量同樣的東西(光子)跟自己的相對速度會得到相同的數值,這是違反直觀經驗的。

愛因斯坦只不過堅持了美的鑑賞標準,他無法接受那麼協調的相對性原理是不對的,也無法相信優美簡潔的麥氏方程組應該具有其他形式,兩個都對,那麼唯一的可能性就是我們的直觀經驗是錯的,(相對)光速在所有的參考係測量起來都具有相同的數值。

最後總結,光速不變原理其實就是在說,麥克斯韋電磁理論也同樣是滿足相對性原理的。用科普讀物在話來說就是,麥克斯韋電磁理論也滿足的相對性原理後來被稱為「狹義相對論」。

就是這麼確定的。

5樓:嚴寒

1、波的運動

波的基本運動學過物理的人都知道,不再贅述。但是波的本質是什麼?為什麼引力都是以引力波的方式傳遞,為什麼愛因斯坦討厭鬼魅般的超距作用——量子糾纏。

因為波是物質與物質之間相互作用的廣泛方式,而波的傳播是通過影響鄰域,鄰域再影響鄰域的方式,由近及遠的傳播,因此波的傳播需要有介質。

圖1 水波的傳播

波的這種傳播特性決定了波的運動與波源的運動具有特殊的關係,即所有波的運用與波源的運動都不滿足疊加原理,但存在都卜勒效應。

圖2 都卜勒效應

2、光的波粒二象性

在提出相對論之前,愛因斯坦就提出了光的波粒二象性,愛因斯坦也意識到波粒二象性本身的不相容性,即粒子的運動需要滿足疊加原理,而波的運動不滿足疊加原理,在光的運動上,光體現出更多的波動特性。(粒子的本質是什麼,是否值得思考呢?)

圖3 光的紅移

3、以太

如果光是一種電磁波,那麼光的傳播必然不滿足疊加原理,也就是說光速與光源的運動無關,只與光的傳播介質有光。那麼問題來了,光速不變原理說的是光相對於任何參考係不變,而不是相對光的傳播介質不變。假設光的傳播介質是以太,有沒有相對以太運動的參考係呢?

沒有(麥可遜-莫雷實驗),也或者以太根本不存在。

由此,愛因斯坦假定了光速不變,光速不變的核心我覺得是如何證明以太的不存在或者證明沒有相對以太運動的參考係

6樓:

不妨這樣想。如果光速在不同慣性參考係下不同,那麼在哪個慣性參考係下是最大的?同樣是慣性參考係,為什麼這個參考係如此特殊?(個人膚淺思考)

7樓:Ray Decem

愛因斯坦自己也不知道為什麼光速不變是對的。只是根據光速不變的假設推演出了更加吻合觀測結果的理論。

只能佩服愛因斯坦天才的大腦。他的這種天才絕不是靈光乍現。因為後來在研究廣義相對論的時候他又天才地提出了加速場與重力場等效。

神人也!

8樓:

根據 The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 15:

The Special Theory of Relativity 裡費曼的說法,修正牛頓的定律而非麥克斯韋方程,是龐加萊給老愛的乙個建議:

Einstein, following a suggestion originally made by

Poincaré, then proposed that

all the physical laws should be of such a kind that they

remain unchanged under a Lorentz transformation. In other words,

we should change, not the laws of electrodynamics, but the laws of

mechanics.而在維基百科上,有人把關於這事情的爭(si)論(bi)過程整理成了乙個很長的條目。

也有人在 http://

physics.stackexchange.com

9樓:libertyeagle

一切來自電動力學。麥克斯韋的電動力學告訴我們電磁波的速度與參考係無關這與當時運動學的結果顯然矛盾。那麼到底是光速是參考係不變數還是運動學的結果是對的呢?

由於當時人們不可接受光速的不變性於是開始從運動學出發認為麥克斯韋理論對於乙個特定的絕對靜止的參考係成立-以太 。人們試圖找到它。但著名的麥可遜實驗直接否定了以太的存在。

最終人們才認識到光速的不變性是正確的。(Lorentz 推導出了著名的 Lorentz變換但他不相信自己的結果而堅信以太的存在故最終Einstein先發現了狹義相對論

10樓:楊國文

狹義相對論光速不變的的前提是愛因斯坦由麥克斯韋的電磁理論中得到的理論推斷,而前幾位答友所說的麥可遜莫雷實驗是為了證明以太是否存在,即是否存在乙個絕對靜止的參考係,其充斥著一種光的均勻介質使光在該介質中以機械波的形式相對該絕對靜止參考係以光速傳播,該實驗由浮在水銀上的大理石基座和兩組相互垂直的反射鏡組及計時器組成,實驗結果是相對於地表參考係地球的公轉速度方向上與垂直公轉速度方向上的光速相等,算是恰好證明了麥克斯韋的電磁方程中的推論。

11樓:PLTT

看了好幾個答案,全是誤導,雖然著名的麥可遜-莫雷實驗確實證明了光速不變,愛因斯坦提出光速不變原理並不是基於該實驗結果(至少不全是,而且很可能當狹義相對論在他頭腦中孕育成熟時,他根本還不知道麥可遜-莫雷實驗

艾薩克森(沒錯,就是寫《賈伯斯傳》的那位)寫過一本愛因斯坦的傳記《愛因斯坦:生活與宇宙》,裡面很清楚的表明,光速不變原理很可能是愛因斯坦基於當時已經發展成熟的電磁理論提出的必要假設,即光速不變原理是愛因斯坦在基於當時已被驗證的電磁理論,通過邏輯分析推導出來的,而不是直接採用的實驗結果。

當時的電磁學理論和實驗結果讓愛因斯坦有不少困惑:

「還有一種更為特殊的『非對稱』開始困擾他。當磁體相對於線圈運動時,就會產生電流。愛因斯坦小時候擺弄家裡的發電機時已經知道,不論是磁體運動線圈靜止,還是線圈運動磁體靜止,產生的電流是一樣多的。

他還研讀過2023年出版的費普爾的《麥克斯韋電理論導論》,其中有一節名為『運動導體的電動力學』,它追問當感應發生時,磁體運動或線圈運動是否有什麼不同。」

「『但是根據麥克斯韋-洛倫茲理論,』愛因斯坦回憶說,『很難對這兩種情況的現象作出理論說明。』對於前一種情況,法拉第的感應定律說,磁體在以太中運動會產生電場。對於後一種情況,洛倫茲的力的定律說,線圈在磁場中運動會產生電流。

『認為在這兩種情況中存在著本質區別,這對我來說是不可忍受的,』愛因斯坦說。」

這些初始的困惑引導著他去進一步完善電磁理論,而這條路最終讓他不得不選擇光速不變作為一條基本假設:

「愛因斯坦曾經考慮過發射論(即光速不是不變——答主注)。如果認為光的行為就像一束量子,那麼這種方案特別有吸引力。……但這種方案是有問題的。

他似乎意味著放棄麥克斯韋方程和波動說。如果光波的速度依賴於光源的速度,那麼光波就必定以某種方式攜帶著這一資訊。但實驗和麥克斯韋方程都表明事實並非如此。

」「愛因斯坦試圖改造麥克斯韋方程,使之符合發射論,但結果令人氣餒。『這種理論要求,在任何地方以及沿任何特定的方向,具有不同傳播速度的光波都應當是可能的,』他後來回憶說,『滿足這一條件的合理的電磁理論似乎是不可能的。』」

「愛因斯坦越是思考發射論,碰到的問題就越多。正如他對朋友埃倫菲斯特所解釋的,很難計算由『運動』光源發出的光被靜止的屏折射或反射時會發生什麼。而且根據發射論,從加速光源發出的光興許會自行後退呢。

」正是由於這些思考(當然裡面涉及不少數學),「愛因斯坦放棄了發射論,轉而假設不論光源移動多快,光速都是不變的。」

至於麥可遜-莫雷實驗對愛因斯坦的影響,「根據愛因斯坦的說法,這種影響微乎其微。事實上,他有時甚至會(錯誤地)回憶說,他在2023年之前甚至並不知道這個實驗。」當然,「在接下來的50年裡,愛因斯坦關於麥可遜-莫雷實驗影響的表述不盡一致,這提醒我們,再根據模糊的回憶編寫歷史時要慎之又慎。

」由此,我們至少可以認為愛因斯坦的光速不變原理假設絕非僅僅簡單的取自實驗結果,其中更閃爍著乙個大科學家深思熟慮的嚴謹智慧型。

以上引用均取自湖南科學技術出版社《愛因斯坦:生活和宇宙》(2023年4月第1版第1次),P83~P88。

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