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相对论的基本假设
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第二章第五节里曾经提到,迈克尔逊实验将光的以太理论逼进了死胡同。
他试着测量地球相对于以太的运动速度,但是结果却为零。
以下为实验的基本思路:我们知道,游泳的人逆流而上和顺流而下游过相同的距离时,需要的时间是不一样的。
通过两次测量,我们能够很容易计算出人游泳的速度和水的流速。
从力学观点来看,光在以太中的传播应该和人在小溪里游泳是一样的;而实验中观察光在相对于地球运动的“以太流”
里的传播,也应该与在岸边观察水里的人一样。
所以,如果能测出来顺着以太流和逆着以太流两种情况下的光速,我们就可以知道地球在以太中的运动速度。
这个想法实现起来很不容易,因为光速实在太快了(三十万千米每秒)。
不过,迈克尔逊设计了一种方式,使沿这两种路径传播的光速可以相比。
他的想法是测量两条光路传播的时间差,一条是沿着地球在以太中运动的方向,从点S传播到镜子M,然后反射回S;另一条是从S到另一个镜子N,然后返回S,其中M、N与S的距离分别相等,但是M到S的连线与N到S的连线互相垂直。
如果力学的观点是正确的,那么第一束光线从S到M再返回S所花的时间会比第二束光线稍微多一些。
即使地球在以太中运动的速度远小于地球环绕太阳运动的速度,迈克尔逊的实验仪器也足以精确,能观察到这种时间上的差别。
但是他发现,测量的光沿着两条路径传播所花费的时间没有任何不同。
地球在以太中不可能总是静止的,否则这会与其他的观察结果相矛盾。
那么,我们可能得到的唯一解释就是,预测这个结果的假设本身是错误的。
其假设正是光的机械理论。
爱因斯坦从中得出了一个激进的结论,并建议完全舍弃光在诸如以太这种介质中运动的假设。
与其去研究以太理论中光和运动的相互作用,爱因斯坦提出了另一个疑问,即光与运动相互作用的主要特征是什么。
他提取了这些特征并获得了一些简单的定律,然后追问,从逻辑和数学链出发,我们可以得到什么结果?
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