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2016
12-13

揭秘为什么物体运动不能超过光速?

揭秘为什么物体运动不能超过光速?

1905年爱因斯坦提出了著名的狭义相对论。在这个全新的理论中,宇宙中的一切物体的运动速度被规定都不能超过光速。这个和过去的物理学格格不入,甚至有些蛮横的规定到底是怎么出现的呢?以及为什么物理学家对超光速就那么讳莫如深呢?

一. 光速不变的历史背景

其实早在19世纪末的时候,物理学家就已经察觉到一些光速的不寻常了。光速的异常第一次出现在电磁波里面。当时英国物理学家麦克斯韦刚刚提出著名的麦克斯韦方程组,统一了电磁学。人们很快发现,根据麦克斯韦方程组的预言,光速在任何参考系中似乎都应该是一个常数和光源,和观察者的速度都无关。这句话的意思是说,我手拿一只电筒,我看到电筒放出的光以光速往前运动。这很自然。不过如果我坐上一个0.5倍光速向前运动的火箭,我看到电筒的光还是以光速向前运动,而且没有上火箭、静止着站在地面的其他观察者看到的光也是以光速向前运动,这就实在是太奇怪了。

二. 实验与两大基本假设

在电磁学理论刚出来的时候,物理学家们对光速不变这样的推论其实是拒绝的。这太违反直觉了,一定是电磁学理论在什么地方出了问题。然而经过了很长时间的摸索和修改,光速不变的这朵乌云不但没有从物理学的理论框架中消失,反而变得越来越强烈和明显,想忽略都不行。

在1887年,两位实验物理学家,迈克尔逊和莫雷尝试通过迈克尔逊干涉仪来测出光速相对于地球公转速度的变化。由魔尺世界最强大脑整理提供

然而实验事实却以很高的精度告诉他们,尽管地球的公转速度一直在不断改变,但在地球上测到的光速却是时时刻刻都是一样的。这就意味着光速真的跟地球参考系的公转速度没有任何关系。

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