| 光速不变原理之原理 王元 hbsgroup@sina.com [摘要] 光速不变原理即一切惯性系中光速都是c是狭义相对论的基本假设，本文将从具体物理意义上对这一假设进行阐述，以佐证该假设实为一真命题。 [关键词] 光速不变原理 相速度 一. 狭义相对论的起因 根据麦克斯维电磁波波动方程在真空中特解得出的真空中电磁波相速度c=(ε0μ0)-1/2，是仅跟真空介电常数及磁导率有关的物理量，与波源的运动速度无关。该结果预言在真空中的任何参考系中对电磁波的相速度测量结果均为c。因地球绕太阳公转，对太阳来说，在地球上不同时间点可以认为是不同的参考系，依据上述原理，麦克尔逊干涉实验中光速应均为c。事实上的试验结果佐证了上述原理正确性。 然而根据已经成为经典的伽利略相对性原理，该相速度在不同的参考系中其结果不能相同，即上述实验所测量出来的光速不应该一样，麦克尔逊干涉试验应该有干涉条纹。 为了解决这一理论上悖论，一度产生了很多圆说，最终以爱因斯坦构建了一整套狭义相对论作为定论。其基本点是既然从麦克斯韦方程到麦克尔逊干涉试验光速都是c，虽然找不到具体的物理原因，不妨将光速c恒定作为一假定原理，然后再对经典的物理理论进行该原理下的修正。爱因斯坦获得了前所未有的成功。 二. 光速不变原理之原理 这中间有一个重要的却又被疏漏的地方是： 同一列波在一切惯性系中相速度不变。 如下图所示，一列横波向右运动，地面上的观测者与火车上的观测者只要都是根据波的频率及波长对波的相速度进行测量的话，其值很显然是一样的。因为频率是一个时间量，波长是一个固定的长度，都是跟参考系运动速度无关量。而将整个波作为一个整体测量的话，显然是要遵循经典的相对性原理的。 图一 光本质是波，无非是波长很短，频率很高，不具有其他特殊性。在任何参考系中按其频率和波长对相速度测量其结果无疑是一致的。麦克尔逊干涉实验的结果就是这个原因的体现。而当将一段光波作为一个整体的波包对速度进行测量的话，显然是要遵循经典的相对性原理的。 也正因为光的波长很短，频率很高，从整体讲非常象一个运动的物体，体现出粒子性状；且在二十世纪初，光的本质不很确定，以至于将光波的恒定相速度认为是光粒子的运动速度，从而导致了人类文明史上比较严重的相对性谬误。归根到底是光的本质不清楚，光的波粒二象性提法不科学，容易混淆。 三. 结束语 光速不变的本质清楚了，对低速物体运动的修正也就不必要了。 |