即光速不變原理
光速不變原理,在狹義相對論中,指的是無論在何種慣性系(慣性參照系)中觀察,光在真空中的傳播速度都是一個常數,不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299,792,458 米/秒。
光速不變原理是由聯立求解麥克斯韋方程組得到的,並為麥可遜—莫雷實驗所證實。光速不變原理是愛因斯坦創立狹義相對論的基本出發點之一。
在廣義相對論中,由於所謂慣性參照系不再存在,愛因斯坦引入了廣義相對性原理,即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。這也使得光速不變原理可以套用到所有參考系中。
光速不變原理,不是由“聯立求解麥克斯韋方程組得到的”,這一點可以在《論動體的電動力學》和《普通物理學1》中看到,這個原理是假設,並至今未被證明。
由聲音實驗我們知道:無論在何種慣性系(慣性參照系)中測量,聲音在真空中的傳播速度都是一個常數,不隨聲源和測量者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是0米/秒。聲音在一大氣壓下15攝氏度的地表靜止空氣中約為340米/秒,這個速度,不受聲源運動速度影響。
由此得到幾種可能:
1、光是否在真空中速度也是0?因為十九世紀,人們以為太空是真空,所以認為光在真空中需要特別介質,而今天我們知道太空中充滿稀薄氣體,完全可以充當光介質,而不需要以太。
2、聲音有類似性質,是否存在聲速相對論?
3、既然假定的條件是真空,那么相對論就只能在真空中適用,而我們現在,沒有相對論的適用條件。
在任何慣性系中測量,只要介質的狀態一致,則聲速不變。無論是在地面上,還是超音速飛機內,聲速不變,這是伽利略相對性,而不符合伽利略速度疊加原理。如果有人認為應該符合伽利略速度疊加原理,那是沒學好經典理論。
在地面測量,只要介質的狀態一致,則聲速不變,而不論這個聲音是由靜止的聲源發出,還是運動的聲源發出,這是都卜勒效應。在高速運動粒子上發出的光,實驗室速度是光速,而不是粒子速度加光速,是必然的。如果認為應該符合伽利略速度疊加,也是沒學好經典理論。
是否可由此得到聲速也是不變的?而且所有波的速度都是不變的。
而由速度是相對的實驗,也可證明光速在空氣、水、玻璃等介質存在的條件下,也是可變的。
對幾種所謂可能的補充:
1、認為太空真空是具有能量場存在的特殊介質,未嘗不可,但以“稀薄氣體”為介質就太牽強了。
2、聲音與光最根本的區別,聲波是非場傳播的,光是以場傳播的。電磁場的性質,可參見大學物理教材。
3、由理想狀態推廣至實際問題,這是物理研究最常用的方法,例如關於氣體的理論方程就多是如此建立起來的,有何不可?光速不變性的公設,是一種關於時空性質的公設。得出理想化的時空性質後,再推廣至實際條件。怎能武斷地說是沒有適用條件?
4、相對論是關於運動速度與時空性質的理論,聲速情況已被包含在低速運動情況裡面,不過光速情況的特殊性在於它是相對論的速度上限。