愛因斯坦第二假設

愛因斯坦第二假設是簡單地將慣性參照系中的物理規律推廣到電和磁的規律中。如果麥克斯韋假設是自然界的一種規律，那么它（和它的推論）都必須在所有慣性系中成立。這些推論中的一個就是愛因斯坦的第二假設：光在所有慣性系中速度相同。

愛因斯坦第二假設
19世紀中頁人們對電和磁的理解有了一個革命性的飛躍，其中以詹姆斯.麥克斯韋（James Maxwell）的成就為代表。電和磁兩種現象曾被認為毫不相關，直到奧斯特（Oersted）和安培（ampere）證明電能產生磁；法拉弟（Faraday）和亨利（Henry）證明磁能產生電。現在我們知道電和磁的關係是如此緊密，以致於當物理學家對自然力進行列表時，常常將電和磁視為一件事。
麥克斯韋的成就在於將當時所有已知的電磁知識集中於四個方程中：
（如果你沒有上過理解這些方程所必需的三到四個學期的微積分課程，那么就坐下來看它們幾分鐘，欣賞一下其中的美吧）
麥克斯韋方程對於我們的重要意義在於，它除了將所有人們已知的電磁知識加以描述以外，還揭示了一些人們不知道的事情。例如：構成這些方程的電磁場可以以振動波的形式在空間傳播。當麥克斯韋計算了這些波的速度後，他發現它們都等於光速。這並非巧合，麥克斯韋（方程）揭示出光是一種電磁波。
我們應記住的一個重要的事情是：光速直接從描述所有電磁場的麥克斯韋方程推導而來。
現在我們回到愛因斯坦。
愛因斯坦的第一個假設是所有慣性參照系中的物理規律相同。他的第二假設是簡單地將此原則推廣到電和磁的規律中。這就是，如果麥克斯韋假設是自然界的一種規律，那么它（和它的推論）都必須在所有慣性系中成立。這些推論中的一個就是愛因斯坦的第二假設：光在所有慣性系中速度相同。
愛因斯坦的第一假設看上去非常合理，他的第二假設延續了第一假設的合理性。但為什麼它看上去並不合理呢？
例如：天氣（變化）的許多方面都顯得完全違反物理規律，除非我們對此（地球在轉）加以考慮。另一個例子。遠程炮彈並非象他們在慣性系中那樣沿直線運動，而是略向右（在北半球）或向左（在南半球）偏。（室外運動的高爾夫球手們，這可不能用於解釋你們的擦邊球）對於大多數研究目的而言，我們可以將地球視為慣性參照系。但偶爾，它的非慣性表征將非常嚴重（我想把話說得嚴密一些）。
火車上的試驗
為了說明愛因斯坦第二假的合理性，讓我們來看一下下面這副火車上的圖畫。火車以每秒100，000，000米/秒的速度運行，Dave站在車上，Nolan站在鐵路旁的地面上。Dave用手中的電筒“發射”光子。
光子相對於Dave以每秒300,000,000米/秒的速度運行，Dave以100,000,000米/秒的速度相對於Nolan運動。因此我們得出光子相對於Nolan的速度為400,000,000米/秒。
問題出現了：這與愛因斯坦的第二假設不符！愛因斯坦說光相對於Nolan參照系的速度必需和Dave參照系中的光速完全相同，即300，000，000米/秒。那么我們的“常識感覺”和愛因斯坦的假設那一個錯了呢？
好，許多科學家的試驗（結果）支持了愛因斯坦的假設，因此我們也假定愛因斯坦是對的，並幫大家找出常識相對論的錯誤之處。
記得嗎？將速度相加的決定來得十分簡單。一秒鐘後，光子已移動到Dave前300，000，000米處，而Dave已經移動到Nolan前100，000，000米處。其間的距離不是400，000，000米只有兩種可能：——
1、 相對於Dave的300，000，000米距離對於Nolan來說並非也是300，000，000米
2、 對Dave而言的一秒鐘和對Nolan而言的一秒鐘不同
儘管聽起來很奇怪，但兩者實際上都是正確的。