(1)麦克斯韦电磁学与光速不变没有半毛钱关系
麦克斯韦根据法拉弟的电磁学实验笔记,推导出了电磁学方程,得出电磁波的速度C。可是这个C是相对于谁的速度呢?
要知道,当时还处于机械波时代,人们认为真空是不能传播波动的(正如真空不能传播声音一样)。在当时的物理学家看来,所谓波动,是因为波源引起了附近媒介的某种振动,这种振动将随着媒介的延伸逐渐传播到远方,这就是波动。因此,波动必有媒介,没有媒介的波动是不可想像的。
可是,电磁波的媒介是什么呢?为了给电磁波找到媒介,物理学家臆想了一个媒介,称为“以太”。据说“以太”这个词来源于古希腊神话,物理学家只是借用了这个词,与原来的神话没有什么关系。
在机械波时代,人们早就知道波的速度是相对于媒介而言的。既然现在电磁波的媒介是“以太”,毫无疑问,麦克斯韦的光速C就是相对于“以太”的传播速度。
既然遥远的星光都能够传播到地球,自然这个“以太”就是充满了整个宇宙的,并且是各向同性的(否则不同方位的星光的速度会不同,当时人们已经学会了怎么测量星光的速度,没有发现不同的星光有不同的速度),而且“以太”是绝对静止的,否则宇宙会时常刮出“以太风”,从而影响不同的星光的速度。
这就是相对论问世之前,人们对“以太”和光速的理解。---------以太是充满整个宇宙的,绝对静止的,各向同性的。光速相对于“以太”的速度为C。注意,这里完全没有什么“光速不变”(即光相对于A的速度为C,相对于B的速度仍然是C)的说法。
(2)雄心勃勃的计划----------测量地球的绝对速度
既然以太是绝对静止的,那么,我们能不能测出地球相对于“以太”的速度呢?我们知道,地球在一年四季不同的时间,它的运动方向是不同的(绕太阳公转,不同的季节当然速度方向不同)。因此,地球不可能是绝对静止的。即便某时刻它恰好绝对静止,那另一时刻也就不可能绝对静止了。故此,地球必相对于“以太”有一个绝对速度。
如果光相对于“以太”的速度是C,那么,由于地球在绝对运动,它相对于地球的速度就不可能还是C。迈克尔逊干涉实验就是这个目的。
请注意,在做任何实验之前,都必须进行实验误差分析。这是理论与实践的不同之处。假设我们某一天做迈克尔逊干涉实验,得到(误差范围内)的0结果,这说明,这一天地球的绝对速度恰好在0左右。因此,从这天算起,隔3个月,我们根据地球公转轨道,知道地球的速度必然有一个ΔV的改变。也就是说,如果3个月前地球的绝对速度恰好为0,那么,现在地球的绝对速度至少为ΔV了。那么地球的绝对速度为ΔV时,当时的迈克尔逊干涉仪能不能测出干涉条纹呢?根据当时的计算,这至少可以测出几十个干涉条纹的移动量,远远超过实验误差分析所必要的精度要求。
可是,遗憾的是,结果大家都知道了,迈克尔逊连一条干涉条纹也没测到!
麦克斯韦根据法拉弟的电磁学实验笔记,推导出了电磁学方程,得出电磁波的速度C。可是这个C是相对于谁的速度呢?
要知道,当时还处于机械波时代,人们认为真空是不能传播波动的(正如真空不能传播声音一样)。在当时的物理学家看来,所谓波动,是因为波源引起了附近媒介的某种振动,这种振动将随着媒介的延伸逐渐传播到远方,这就是波动。因此,波动必有媒介,没有媒介的波动是不可想像的。
可是,电磁波的媒介是什么呢?为了给电磁波找到媒介,物理学家臆想了一个媒介,称为“以太”。据说“以太”这个词来源于古希腊神话,物理学家只是借用了这个词,与原来的神话没有什么关系。
在机械波时代,人们早就知道波的速度是相对于媒介而言的。既然现在电磁波的媒介是“以太”,毫无疑问,麦克斯韦的光速C就是相对于“以太”的传播速度。
既然遥远的星光都能够传播到地球,自然这个“以太”就是充满了整个宇宙的,并且是各向同性的(否则不同方位的星光的速度会不同,当时人们已经学会了怎么测量星光的速度,没有发现不同的星光有不同的速度),而且“以太”是绝对静止的,否则宇宙会时常刮出“以太风”,从而影响不同的星光的速度。
这就是相对论问世之前,人们对“以太”和光速的理解。---------以太是充满整个宇宙的,绝对静止的,各向同性的。光速相对于“以太”的速度为C。注意,这里完全没有什么“光速不变”(即光相对于A的速度为C,相对于B的速度仍然是C)的说法。
(2)雄心勃勃的计划----------测量地球的绝对速度
既然以太是绝对静止的,那么,我们能不能测出地球相对于“以太”的速度呢?我们知道,地球在一年四季不同的时间,它的运动方向是不同的(绕太阳公转,不同的季节当然速度方向不同)。因此,地球不可能是绝对静止的。即便某时刻它恰好绝对静止,那另一时刻也就不可能绝对静止了。故此,地球必相对于“以太”有一个绝对速度。
如果光相对于“以太”的速度是C,那么,由于地球在绝对运动,它相对于地球的速度就不可能还是C。迈克尔逊干涉实验就是这个目的。
请注意,在做任何实验之前,都必须进行实验误差分析。这是理论与实践的不同之处。假设我们某一天做迈克尔逊干涉实验,得到(误差范围内)的0结果,这说明,这一天地球的绝对速度恰好在0左右。因此,从这天算起,隔3个月,我们根据地球公转轨道,知道地球的速度必然有一个ΔV的改变。也就是说,如果3个月前地球的绝对速度恰好为0,那么,现在地球的绝对速度至少为ΔV了。那么地球的绝对速度为ΔV时,当时的迈克尔逊干涉仪能不能测出干涉条纹呢?根据当时的计算,这至少可以测出几十个干涉条纹的移动量,远远超过实验误差分析所必要的精度要求。
可是,遗憾的是,结果大家都知道了,迈克尔逊连一条干涉条纹也没测到!