光速不变有三个内容:
1、光速不变现象:光速变与不变都不重要,但是测量到的光速不随光接收器的速度改变是事实。麦-莫实验人们重复做了上百年了,没有任何人发现有什么出入。不管人们理解不理解为什么测量不出光速的变化,但事实就是测量不到,这是客观现象,否认客观事实就连讨论科学问题的资格都没有了。
2、光速不变原理:光速不变现象是一个实验事实,不可否认。但是这个事实把经典物理学逼入了一个死胡同。为了维护经典物理学理论的完整性,必须用经典物理学的理论来解释为什么我们测量不到光速变化,“为什么测量到的光速不变”的解释和理论证明叫作光速不变原理。解释对不对另说,但前提也是要承认光速不变的实验事实。
3、光速不变假设:对于假设就更没必要管它了,假设是没有对错之分的,不存在需要证明的问题。比如我们可以假设地球是静止的,我们也可以假设宇宙中充满着以太,我们甚至还可以假设太阳消失了。 假设可以是针对具体问题时进行的临时假设,比如解流水行船问题时假设河水是静止的,河岸在移动。也可以在解加速度问题时设某个物体是静止的,另一个物体在加速度运动。 假设也可是以作为一个理论的恒定基准,比如设正电荷移动的方向是电流的方向,比如一天设为24小时,还有一立方米水的重量设为一吨。
事实上经典物理学用的假设远远比相对论用的假设多得多,因为相对论中的很多假设是延用了经典物理学中的假设。假设没有对与错的区别,只有合理不合理,不合理的假设会给分析问题和解决问题带来很大的困难。合理的假设则会大大简化问题。但是理论上说,无论作什么样的假设,都不会导致整个理论体系的错误。 比如要是假设一列火车在作匀速圆周运动,那解起题来就困难多了。要是假设它在作匀速直线运动就方便了很多,虽然你可以证明火车不是匀速直线运动,因为地球是球形的。但是假设它是匀速直线运动并不能说对还是错。最多只是合理不合理的分歧。
爱因斯坦在《广义相对论与狭义相对论的意义》中专门提到了“(大意,原话太罗嗦)……有人指责光速不变没有经过证明,但是光速不变不需要证明,就像我们定义了时钟,定义了时钟它就是时间的尺子,我们就必须相信它是正确的,如果我们不相信它我们就没有办法计时。” 无论假设了什么,就必须在整个理论体系中始终认定它的正确性,否则就会出现悖论。 我曾在其他论坛看到过一篇文章,声称他证明出了g=0.98,我很好奇的打开看一看是怎么回事,结果我只看了一点就关上了,没必要理他,他先确认了几个基本的前提条件,其中就g=9.8,虽然他洋洋洒洒写了至少有数千字的推导过程和论述,都不值得再看。在同一个理论中出现了同一个物理量同时等于两个数值,那就足以证明这篇文章是要扔掉的了。 这如同洛伦兹变换一样,用伽利略变换为正确的假设,即先承认了t'=t,结果却推导出了t'≠t。所以连他自己也不认可这个结论。
麦克尔逊-莫雷实验“失败”后,对经典物理学的打击是空前绝后的,因为它证实了延用了上百年的速度叠加原理竟然是错误的,这导致一切以这个原理为基础派生出来的理论也都是错误的。当时物理学界一片哗然,似乎整个物理学大厦突然间变得摇摇欲倾。有的人提出物理学理论应该全部推倒重建,有的人则坚定的认为经典物理学理论不会有什么问题,一定是什么原因造成了我们测量不到光速的变化。 洛伦兹就是后者,他对绝对时空观的正确性坚信不移,是以太说的坚决捍卫者和反相对论阵营的领军人物。他做了无数的推导和计算,研究测量不到光速变化的原因,这就是所谓的“光速变原理”,但是事实上他一直到去世都没有搞清楚为什么光速不变,也没有完成“光速不变原理”的证明,但是他一直坚信以太说是不能动摇的。
爱因斯坦是专利局审核专利申请的审核员,他接触到的各种专利申请不计其数,但是他对物理学情有独衷,对收到的物理学研究申请认真阅读和领会,使他在物理学方面的知识突飞猛进。当他看到物理学界因为麦莫实验结果出现的危机的时候,他没有去想光速会不会变和为什么不变的问题,而是从另一个角度独避溪径,认为以太不过是一个参照物,即然测量不到,无法捕捉,即然运动的相对性原理允许选择任何物体当参照物,为什么不放弃以太,干脆以光速当参照物呢? 就是这一想法让他创立了相对论,他把光速不变作为假设,回避了光速到底会不会变和为什么测量不到光速变化的问题。他从洛伦兹的推导中得到了洛伦兹因子,这是他曾经苦苦推导和寻找了很久的因子。因为是洛伦兹推导出来的,所以他命名为“洛伦兹因子”。对此洛伦兹非常不满,凭什么用他的名字命名一个他并不认可的因子?还用在他坚决反对的相对论中。 最早的狭义相对论中的变换是“相对论变换”,其中只引用了洛伦兹因子。不知道从什么时候开始,相对论变换被改成了“洛伦兹变换”,就是这个变换给狭义相对论带来了麻烦,因为洛伦兹变换是建立在绝对时空基础上,为解释光速不变原理而进行的推导。因为里面存在着的自相矛盾,连洛伦兹本人都不认可这个推导的合理性和正确性。 洛伦兹变换引入狭义相对论后,狭义相对论就变得自相矛盾了,因为洛伦兹变换是自相矛盾的。这就是导至后来人们对相对论越来越多的质疑的原因。 相对论是站在相对性基础上的,以光速不变作为前提假设,但又以经典物理学的基本理论为依据得到的新理论。在相对论中看,运动是相对的,没有参照物不存在速度。而洛伦兹变换中的速度不依赖相对性。 在相对论看来,A相对B的速度是v,B牙对A的速度必然也是v,而洛伦兹变换中则A相对B的速度是v,B相对A的速度就不再是v了。这是最重要的自相矛盾,因为在经典物理学中,相对运动的原理也必须是互相作参照物时的相对速度必须相等。
沿相对运动方向上:A看B走过了vt的距离,B看A也是走过了vt'的距离。相对速度v不变,时间变了,所以S与S'的关系就等于t与t'的关系。vt/(vt')=t/t'。 时间的变换:t'=t√(1-v²/c²); 长度的变换:S'=S√(1-v²/c²) 速度的叠加:v=√(v1+v2-v1×v2/c²) 上面是相对论的变换,用这一变换无论怎么计算都不会出现自相矛盾的悖论情况,改成洛伦兹变换后就不同,同的一物理量比如速度,用不同的方法计算的结果就不同,使人莫衷一是。 所以说,相对论的错误在于用洛伦兹变换代替了相对论变换,与光速不变的假设没任何关系。
纠缠光速变不变的问题,与讨论和分析相对论的错误没任何关系,也没有任何意义。就算是证明了光速是变的又能怎么样呢?我们依然不能用光速会变来作什么,因为我们测量不到光速的变化。就像我们无法捕捉到以太,就算它存在也不能用来当参照物一样。
光速不变在日常生活中也有很多实例,比如用放大镜看东西会放大,所谓的会“放大”就是物体的变形,原因是光发生了折射,我们却说东西变形了,这不也是假设光没有折射的说法吗?用光速不变来作参照,空间会变形,时间会变慢,长度会缩短,其实并没有什么奇怪的,因为参照物变了。 以地球为参照物,我们测量到的太阳轨道就像一根盘成一个圆环的电炉丝,是很正常的事。参照物变了,对同一事物的表达必然会变,但是不代表不符合客观规律。 |