爱因斯坦发现相对论前 做了2件让人意外的事情 你知道吗?
在前面的文章中,我们多次谈到狭义相对论中,关于时间和空间的相对性。但是这个相对论是如何推导出来的,它的发现到底是基础哪些实验为基础,爱因斯坦在发现狭义相对论前,做了哪些让人意外的事情?
其实这要从当时的物理背景说起,在当时牛顿力学已经是非常无敌了,大能计算天上星系运行轨迹,小能计算地面物体运行状态(当然微观世界人类还未发现,所以牛顿力学不适用于微观)。另一方面,麦克斯韦电磁学方程组又在电磁学领域取得了完美的结果。自此,两大理论基本可以解释世界上的所有现象了,就连当时的著名科学家开尔文都说过:“物理大厦已经建成,后面的人只需做一些修补工作即可,不过还有两个问题未解决,第一是没找到以太,第二是黑体辐射”(当然原话不是这样,这里是近似意思表达,方便大家理解)。让开尔文爵士没想到的是,就这唯一没解决的两个问题,却带来了物理学质的飞跃,其中“以太”没找到,引出相对论。黑体辐射的解释,引出量子力学。
为啥当时人们要拼命去寻找“以太”?因为不得不这样做,牛顿力学所有都是建立在惯性系下,但是惯性系本身并不好定义(前面的文章中已经谈到过这个问题,定义惯性系会形成循环定义),所以如果有一个”上帝视角“的绝对参考系,大家计算物理过程,都以这个绝对参考系为准,一切就变得非常简单了。有了这个绝对参考系,这个参考系由于是静止的,所以就有了第一个惯性系。
把惯性系定义成这个所谓“上帝视角”的绝对参考系,牛顿力学就可以无所不能了。当然以上只是理论思考,预言出存在:绝对参考系。但是你还得实验验证是否真的存在这个事物。物理发展就是这样,你的理论要做到几点:1不能自相矛盾、2必须有物理真实的事物对应、3必须与实验数据吻合、4还能根据你的理论预测一些新的现象。
所以人们得想办法找“以太”,可惜无数找“以太”的实验都失败了,“以太”就是找不到!最开始人们以为是自己实验仪器精度问题,但是当迈克尔逊把实验仪器精度做到极致,设计出了一个不容易被仪器精度干扰的实验后,还是找不到以太,这可咋办?
有的科学家也许直接和以太杠上了,非要找到不可,一生都去纠结以太的发现,但是爱因斯坦不同,他想既然找不到以太,我就干脆假设以太不存在,也就是“上帝视角”的绝对参考系不存在就行了。此时人们还发现光速居然在任何参考系任何条件下测量,都是C固定值,明明理论根据速度叠加,光速不可能永久不变,换参考系光速应该变才对,可是实验就是无情的打脸,光速无论咋个测量就是C。爱因斯坦还是刚刚的思维,既然实验说光速是C,不用选参考系,我就把光速是C当成真理。
此时爱因斯坦相当于做了两条假设:1、以太找不到,干脆不承认有“上帝视角”的绝对参考系 2实验测量说光速是C,我就默认光速=C就是真理,不去想为啥了。根据这两条假设往下推,看看能推出啥,爱因斯坦发现了可怕的事实:时间和空间居然必须是相对的,才能符合刚刚的两条假设!
看见没?相对论其实是先做了两条假设,然后继续推,发现时间和空间的相对性。而这两条假设不是随便乱假设,是实在没办法,实验说光速不变,我只好认为这是真理,实验说找不到以太,我只好认为以太不存在,也就是绝对参考系不存在。两条假设都是源于实验的数据。我是百家号《小彭来给您解惑》,如果喜欢的文章可以关注我,如果对文章有异议可以留言,我会一个一个回复!