如果存在一艘光速飛船,你在飛船上奔跑就超光速了?別鬧!
類似這種問題經常出現,認知這種問題的前提就是要徹底擺脫我們上學時代(初中高中)的速度相對疊加的想法,用術語講就是要擺脫牛頓的絕對時空觀束縛,需要用愛因斯坦的相對時空觀去思考問題,而從絕對時空觀到相對時空觀的過渡經歷了的很多故事!
首先從伽利略開始講起!伽利略我們都知道,人類科學史上的大咖,這裡說一個概念:伽利略變換,聽起來很陌生?其實很簡單,就是一種運動相對性原理,比如說你我兩人以5米每秒的速度反方向奔跑,我們的相對速度就是10米每秒(5 5),這就是伽利略變換,說白了就是V=V1 V2,這下明白了吧?
而牛頓的絕對時空觀基礎上的經典力學與伽利略變換可以看做是一致的,經典力學就有伽利略變化的思想!
牛頓的絕對時空觀影響力非常大,以至於同時代甚至牛頓之後的物理學界都深受絕對時空觀的影響,這種時空觀也符合人們對周圍世界的認知!
然後一百多年之後,又一位科學界大咖橫空出世,他就是大名鼎鼎的麥克斯韋,創立人堪稱人類歷史上最美最偉大的公式:麥克斯韋方程組(想了解這個公式的前世今生,關注微信公眾號:yzdaquan,回復:最美公式),這個方程組表明,光速是一個常數,與光源的運動形式無關,說白了就是在任何參照系下,光的速度都是光速!這顯然與牛頓的絕對時空觀矛盾!
這樣的結果讓當時物理學界十分不解。一方面是物理學界影響巨大的牛頓絕對時空觀,另一方面是麥克斯韋方程組,最美的公式,美的不要不要的。但兩者如今竟然是矛盾的!
怎麼辦?要不說絕對時空觀思想的影響就是很深,當時的物理學界沒有人敢放棄絕對時空觀,他們假定了「以太」的存在來試圖調和絕對時空觀與麥克斯韋方程組!
什麼是以太,說白了就是時空中絕對靜止的東西,以太是光的傳播介質,光速相對以太就是一個常數!
接下來物理學家大咖們絞盡腦汁去尋找以太,但到頭來也沒有找到,特別是莫雷邁克爾遜的實驗也證明了以太是不存在的,也間接證明了光速不變!
怎麼辦?一方面物理學界當然不敢「得罪」也不會放棄牛頓經典力學和絕對時空觀,另一方面最美公式麥克斯韋方程組又是如此「霸道」,如何協調它們?
這就更加凸顯出了愛因斯坦的偉大,尤其是在顛覆性思維方面的偉大!愛因斯坦深受麥克斯韋方程組的影響和啟發:既然以太不存在,而麥克斯韋方程組又如此的美,為何不直接放棄牛頓的絕對時空觀?
於是愛因斯坦大膽假設光速不變原理,加上相對性原理,提出了他的極具顛覆性的相對時空觀,徹底拋棄牛頓的相對時空觀,狹義相對論應運而生!
如今我們都知道光速不變原理指的什麼,說白了,任何情況下光速都是常數,問題中的答案也非常明了,仍舊是光速!
實際上,愛因斯坦提出相對論之前,有幾位物理學家已經非常接近相對論了,比如龐加萊,洛倫茲等人,洛倫茲甚至提出了洛倫茲變換,問題中的最終速度就可以用洛倫茲變換計算出來,而我們經常用的伽利略變換隻是洛倫茲變化的特例和近似值!
但是就是因為沒有徹底放棄牛頓的絕對時空觀影響,絕對時空觀在他們的引力如此根深蒂固,很難放棄這種時空觀看到事物的本質!
不過話說過來,不適合否認愛因斯坦的偉大,即使愛因斯坦沒有提出狹義相對論,用不了幾年(甚至更快)就會有人提出,不管是龐加萊,洛倫茲還是其他人,因為當時狹義相對論提出的條件已經非常成熟了!
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