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相对论的基础之一是光速不变,它的理论根据是麦克斯韦方程.麦克斯韦是对电磁波
进行研究后得出的四个方程,适用范围是所有参照系.本身这个方程很平常,就象一 般的推论一样,但它的计算结果是令人吃惊的,电磁波传播速度恒为C.这个结果对于 熟悉牛顿的人来说是难以理解的.爱因斯坦对此给出一个完备的解释(所谓完备是先 不论它是否符合实际,但这个理论是没有自我予盾的,即找不到归谬,不象亚里士多德 的'越重越快'理论,用两个石头绑在一起就归谬了),这就是相对论.但相对论对于大 多数人来说是难于理解的或说是不直观的,我想就我的想法对光速不变提出直观的 解释,希望大家指正. 所谓光速不变,可以换另一种说法是:在一个参照系里,如果光源对人静止,则此人测 得光速为C;如果光源对人以速度V远离或靠近,此人测得的光速仍然为C.对此我想用 机械波来进行类比. _________/\_______l______ (对不起,我找不到输入图的方法,只好用字符简略表示)上图的横线表示静止水面, l是一只蜻蜓正在点水,/\表示蜻蜓击出的水纹,人没法画,只好省略,反正他是静止 不动的在左边呆着.现在蜻蜓正在以每秒一次的频率击水,每次击水产生一个水纹(尖 峰),尖峰朝人行进,前进速度假设为10米/秒(这是个定值,与击水频率无关,实际可 能比这个小).蜻蜓不停地击水,则产生水波,水波的速度就是尖峰的前进速度10米/秒, 水波的频率就是击水的频率f=1/秒,波长是10米. 以上是振源不动的情况,现在蜻蜓以每秒5米和速度向右飞,点水频率不变.情况依然 ,蜻蜓点一次水,产生一个尖峰,尖峰朝左前进.尖峰的前进的速度现在由水来决定了, 与蜻蜓飞行情况和下一次点水的地点无关,所以仍然是10米/秒.这就是光速不变的 水波类比解释.但振源动不动还是有区别的,区别在于波长改变了,因为下一次点水 时离上一次点水有5米的距离,加上上一次的尖峰行进了10米,所以两个尖峰距离为 15米了,即波长为15米,增大了5米,相应的人感觉到频率减小了.这也就是多普勒频移 效应. 以上的道理应该是浅显的,但看了之后还是有似是而非的感觉.哦,问题在这儿,在蜻蜓 看起来,它在飞的时候应当是觉得水波速度是有变化的.对,原因在哪儿呢?原因在于它 是水波,传输媒质是水,在你提出这个疑问时,情况是水即媒质对于蜻蜓是运动的,如果 作为光波的类比来说,这个情况的存在是无法作类比的,如果要作,就得让水跟着蜻蜓 运动,结果是对蜻蜓来说,水波速度仍然为10米/秒,但对人来说,水面又动了.所以这 个矛盾对水波来说是无法解决的,但对光来说就不一样了.因为光是不需媒质的,所以 在人看来,光的媒质是静止的,在蜻蜓看来,光的媒质也是静止的.所以人和蜻蜓都会 测出光速为C,与它们是否运动无关. 以上文字还有另一个说法:不需媒质的波的速度在任何参照系中都是定值.这个说法 乍一看好象有漏洞,如果找到某种波不需媒质,且速度不等于C,岂不是和光速不变有 矛盾吗?我不知道最新物理是否已证实,可能不需媒质的波速度一定等于C吧.另外,我 不知道以太是如何被否定的,但以上也可以做为否定以太存在的一个说法吧. |