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发信人: qpcwth (独翅鸟), 信区: Science
标  题: 伟大的相对论（六）
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年06月08日12:07:06 星期六), 站内信件

　五、相对论的基础及推导(下)
　　艾伯特·迈克耳孙的光干涉实验有力的证明了光在所有参照系中
速度相同这一定律，艾伯特·迈克耳孙本人也因此获得了诺贝尔物理
学奖。但是，直到临终一刻，艾伯特·迈克耳孙也始终搞不清楚为什
么没有相对光速。在已知200多年物理学的研究中，科学家们所信奉的
经典力学已经被大量的实验，观测和应用所证实，包括对大到行星结
构，运动的研究，小至气体中分子的随机行为的研究，物理学已经成
功的对无数自然现象进行了合理的分析和解释，既然取得了如此辉煌
的成就，经典力学怎么可能出错呢？
　　然而，有一位科学家并不需要信奉伽利略运动定律，他以高超的
智慧和深邃的洞察力深刻的揭示了光的奥秘，改变了绝对时空观的认
识，创建了全新的物理学基础。这位科学家就是艾尔伯特·爱因斯坦。
　　爱因斯坦为了解决光在不同参照系的速度问题，进行了一系列的
思维臆想试验。他假定，如果某个人可以以光速运动，那么他看到的
光会是什么样子呢？如果按照伽利略速度变换式，他应该可以看到静
止的光，但这却与麦克斯韦的电磁学原理相悖；如果按照麦克斯韦的
电磁学原理，他应该看到光依然以c速运动，这又与经典力学相悖。究
竟哪个正确呢？爱因斯坦无疑胸中有数。
　　让我们再回到上篇的那个光速描述的例子上：
　　我们假定S'系相对S系以速度u沿x轴方向运动，x'与x在同一轴上，
且t=0时，O'与O重合(如下图)：
　　经典力学考虑到光速在不同参照系不同速度的问题，推导出△t'=△t。
但是如上所述，我们已经知道，光在任何参照系速度都相同，因此，
S系中速度v的表达式应为：
而S'系中速度v'的表达式应为：
∵
dx' = y(dx - udt) ,
∴
同理推导：
根据洛伦兹变换式：
,
y'=y ,
z'=z ,
逆变换为：
　　由以上推导可以看出，经典力学中伽利略变换式只有在v〈c时才
适用，速度上推到光速时，牛顿定律将不再适用，在电磁学定律不变
的前提下，只有爱因斯坦速度变换式，才可以解释光速的问题。
　　此外，如光相对S'系速度为c，并沿x'方向运动，那么光相对S系
与S'系速度是相同的：
　　由此可见，速度合成不可能使物体运动速度超过光速，也就是说，
光速只能，也必须是物体运动速度的极限。

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心事浩茫连广宇,于无声处听惊雷

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