在牛頓時代,光束被認為是由很多小粒子組成的。後來通過雙狹縫幹涉實驗,才發現光具有波的特性。等麥克斯韋統一了電磁理論,光又變成了電磁波的一部分。
既然其它各種波都通過介質進行傳播,光應該也是如此,所以人們就把光的傳播介質稱作以太(Aether或Ether)。這種以太是靜止的,它充滿了宇宙,而所有天體都在其中運行。著名的邁克爾遜-莫雷實驗就是為了探測以[
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既然愛因斯坦是為了解決電磁理論的問題才研究出來了相對論,那是否會有這種可能:相對論對於電磁理論是正確的,而應用到我們的日常生活中就不靈了。
這種可能性是不存在的。首先,相對論的兩個假定並沒有對應用範圍做任何限製。其次,愛因斯坦無論是在其論文,還有之後對相對論的解釋中,都沒提到過有關的限製條件。
所以,相對論的錯是絕對的,不存在適[
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我們前麵已經知道愛因斯坦的答案是錯的,又幫他找出了錯的原因。下麵我們就看看他究竟要解決什麽問題。
非常抱歉的是,我雖然把相對論讀了多遍,還把它翻譯成了中文,但還是沒搞明白愛因斯坦究竟是要做什麽。更準確地說,我是不明白他為什麽選了這一條路。最近我還把高中物理複習了一遍,結果也沒多大幫助。
他要解決的問題就出現在文章的最開始,好像是[
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我記得唯物辯證法中講過,要透過現象看本質。把它應用到這裏,相對運動就是現象,物理定律就是本質。
在盲人摸象的故事裏,四個人因為摸的部位不同而為大象的模樣吵了起來。事實上他們結論的不同正反映了客觀其實具有相對性。把他們的結論綜合一下,就能得出大象具體的形狀。如果從每個不同的部位去摸都能得出相同的結論,那才見了鬼呢!
如果你上過工程製[
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我們為什麽說愛因斯坦的推理是錯的呢?
我們前麵講到,第一假定有兩層意思:所有的物理定律都是絕對的,所有的運動都是相對的。沒有運動的相對性就沒有物理定律的絕對性。所以呢,在火車上觀測到的光速c-v正是相對性原則的直接結果。如果在兩個參照係中觀測到的光速都一樣,那才違背了相對性原則(更準確的叫法是客觀性,或等價性原則)。
為了更清楚地[
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在相對論原文中,愛因斯坦對第二假定隻是一筆帶過。
而在《相對論:狹義和廣義理論》中,愛因斯坦對這兩個假定都有詳細的描述。在該書的第一部分,第07節,“光的傳播規律與相對性原則的明顯不匹配”,愛因斯坦是這樣解釋的(這裏是意譯,不是逐字逐句的翻譯):
假如在路堤上順著列車運行的方向發出一束光。對於一個在路堤上的觀察者來說,光的速度[
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前麵我們講完了相對論的第一假定,現在來看看它的第二假定:
在任何"靜止"的參照係中,不管光源是靜止的還是運動的,光的傳播速度c都是恒定的。
與關於物理定律的第一假定相比較,關於光的這個第二假定比較難以理解。
這裏的難點不在於光的恒定傳播速度,因為這一點對我們來說都是常識。光的傳播速度不受光源運動的影響也好理解。因為光是一種波,[
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從以上的分析可以看出,第一假定實際上包含絕對和相對兩層意思。絕對的是物理定律,相對的是運動。
所以,把相對論的第一假定稱為相對性原則並不準確。像等價性原則,或者物理定律的客觀性,都比相對性原則更能表達第一假定的真實意思。
用更通俗的話來說,第一假定代表的是物理定律的客觀性。我們有時會把客觀和絕對等同起來,其實不然。客觀具有絕對和[
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在前麵的證明中,我們利用了伽利略速度變換:伽利略速度變換是在相對運動下的一個速度變換公式。因為是伽利略最先提出了相對運動的概念,所以這個變換就以他的名字命名,以區別於相對論下的速度變換公式。
伽利略速度變換最常見的數學應用就是相遇問題。
比如說我們兩人相距10公裏,我每小時可以走5公裏,你每小時也可以走5公裏,我們同時出發,1小時後我們[
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假設在一個慣性參照係C中,有一個關於牛頓第二運動定律F=ma的實驗正在進行。
我們要證明的是:在任意選取的兩個慣性參照係A和B中,該公式都必須成立。換句話說,在兩個參照係中觀測到的加速度必須完全相同,因為我們觀察的是同一個實驗(m和F都是唯一的)。
在參照係A中,得到的加速度是:
在參照係B中,得到的加速度是:
其中vAB是參照係A相對於參照係[
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