第二十七章 光速不变原理（1 / 1）

雯菲：菲儿无知无明拜请佛祖说法、为什么相由心生、境由心转、应观法界性、万物唯心造。

佛祖：菲菲、你是用什么看世界图相的

雯菲：用眼睛看世界、图相都是通过眼睛观看到的

佛祖：眼睛是用什么看世界图相的

雯菲：眼睛是用光看世界图相的

佛祖：光是什么

雯菲：光是什么、这个问题菲儿想不明白。人类的眼睛借助光看世界、每天睁开眼睛最先看到的是光、人类一直在寻找光的本质、五颜六色的光究竟是什么、一直困扰着人们。爱因斯坦说过：光之本性的思考、萦绕在我脑中50年了、但是我没有靠近答案半步、现在视乎每个人都认为、他们可以说明光是什么、但是他们都错了。问世间、情为何物、直教生死相许。问空间、光为何物、直教人心发狂。

佛祖：菲菲、你对光的本质了解多少

雯菲：历史上物理学家对光传播速度是有限的、还是无限的一直存在较大争议。1607年意大利伟大的物理学家伽利略伽利雷最早进行光速测量实验，让两个人站在相距一英里的两座山上使用灯光测量光速，因为光的传播速度超快，而且观察要有一定的时间，所以伽利略测量光速的尝试没有成功。

1676年丹麦天文学家奥勒罗默观测最靠近木星的第一颗卫星艾奥的星蚀时间变化，发现光的传播速度是有限的，并估算出光的传播速度每秒22万千米左右。

1728年英国天文学家詹姆斯布莱德雷观察恒星时，发现恒星的视位置在不断地变化，布雷德里推论地球的轨道速度，会使星光抵达地球出现一个1/200度的偏折，使用光行差法布雷德里计算出光的传播速度为每秒298，000千米，利用光行差法布雷德里估算太阳光到达地球的时间为8分13秒。

1849年法国物理学家路易菲佐用旋转齿轮法首次在地面实验室测量得到光速为每秒315000千米，并测量出水中的光速小于空气中光速。

1862年法国物理学家莱昂傅科根据旋转镜法测得光速为每秒298000千米。1879年美国著名物理学家阿尔伯特亚伯拉罕迈克尔逊用转动八面镜法获得光的速度为每秒299910千米。

1865年英国伟大的物理学家和经典电动力学创始人，詹姆斯克拉克麦克斯韦把静电学的库仑定律，静磁学的毕奥和萨伐尔定律，电流磁性的安培定律，法拉第电磁感应定律综合起来导出麦克斯韦方程组，建立描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组推论出电磁波在真空中以光速传播，并做出光是电磁波的猜想。揭示了光现象和电磁现象之间潜在的联系。物理学家对麦克斯韦方程的美感到不可思议，被誉为史上最美的数理公式之一。

光是电磁波，我们观察生活中的波传递都需要媒质，声波传递需要借助于媒质空气，水波传递需要借助于媒质水。因此，物理学家寻找称为以太的电磁波传递媒质。物理学家认为地球每秒30公里的速度绕太阳运动，必然会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来。

1887年美国著名物理学家阿尔伯特亚伯拉罕迈克尔逊1907年度诺贝尔物理学奖获得者和莫雷爱德华威廉姆斯在美国克利夫兰的凯恩应用科学学校，做物理学发展史上十分重要的迈克尔逊莫雷物理实验，证明光速在不同速度和不同方向上都是相同的，否定了以太的存在，确定了光速不变原理。迈克耳逊一莫雷实验是物理史上最有名的“失败的验”使物理学家处于左右为难的境地，由于麦克斯韦方程组解出电磁波在真空中传播速度是一个自然常数。按照经典力学的时空观宇宙中必需存在绝对静止的电磁波传播媒质以太。然而1887年的迈克耳逊一莫雷实验测量不到光相对于以太的运动速度使经典物理学陷入了危机。物理学家在这个著名实验面前真是一筹莫展，以太概念作为绝对运动的代表，是经典物理学和经典时空观的基础。这根支撑着经典物理学大厦的梁柱竟然被一个实验的结果无情地否定，如果没有媒质以太作为运动参照物就无法确定速度。单独一个物体是没有速度概念的，整个经典物理学轰然崩塌。

1888年德国著名物理学家海因里希鲁道夫赫兹在卡尔斯鲁厄理工学院用实验成功验证了麦克斯韦方程预言的电磁波，证实了直线传播的电磁波与光速相同，证明了电磁波和光一样具有反射、折射、衍射等现象。确认了麦克斯韦电磁理论的正确性。赫兹的发现是近代物理史上的一座里程碑。

1879年3月14日人类历史上最伟大的物理学家之一阿尔伯特爱因斯坦1921年诺贝尔物理学奖获得者出生于德国乌尔姆市，16岁的爱因斯坦开始思考人以光速运动时会看到什么现象，对经典理论的内在矛盾产生困惑。奥地利物理学家恩斯特马赫对绝对时空观的批判，洛伦兹变换的相对性原理和麦克斯韦方程组光速不变原理，使爱因斯坦想到既然测量不到电磁波媒质以太，就抛弃绝对速度的概念，重新了定义空间和时间概念，提出没有绝对的时间和没有绝对静止的空间，所有时间和空间都是和运动联系在一起的，提出电磁波的传播不需要媒质以太。1905年被称为“爱因斯坦奇迹年”一年之中发表了5篇划时代的物理学论文，开创物理学的新纪元。

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