在1887年春、夏期间,一项著名的物理实验推翻了当时流行的“以太说”。所谓“以太”(Aether)就是充满宇宙、无处不在的透明介质,光线在其中自由传播。以太究竟有没有,对于物理学家而言,是一个必须明确回答的关键问题。
1887年,迈尔克逊与莫雷(Michelson–Morley)精心设计了一种实验装置,可以精确测定两个相互垂直方向的光速。如果以太在宇宙中当真存在,考虑到地球在宇宙间的快速运动,那么,这种实验装置必定能够测量出其中的“差异”。该项实验的结果,否定了宇宙存在静止以太的“谬见”,也就是说,光速是不变的,为创立狭义相对论敞开了大门。
假定有两个直角坐标系A与B,相互做直线匀速运动。爱因斯坦认为,在坐标系A、B中的观察者所观察到的物理规律应该是完全相同的,包括光速不变的规律。因为静止以太不存在,所以坐标系A、B中的两个观察者自己搞不清楚到底是谁在运动,自然认为各自处在完全相同的物理环境之中,周边的物理规律都是相同的。这就是狭义相对论的出发点,由此导出的一切理论结果,我们必须接受。
比如,在宇宙中发生一个物理事件,坐标系A、B中的两个观察者应该同时观察到事件的发生。由于光速的不变性,所以两个观察者的计时单位应该有所不同,有的长一些,有的短一些。当坐标系A、B相互做高速直线匀速运动时,显著的差异就发生了。
说明:狭义相对论改变了我们的时空观念,时间与空间是一个整体,相互之间是有联系的。
袁萌 5月27日
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