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第55章 一章教你搞懂狭义相对论

卡文迪许实验室,师徒四人终于从兴奋中平静下来。

汤姆逊接回信件,中气十足地说道:“在座的各位,都有机会冲一冲这个奖项。”

“哪怕第一届不能入选,后面几届依然有很大的机会。”

“比如卢瑟福,你的结果今年才发表,估计委员会就是想提名,也来不及了。”卢瑟福点点头,不是很在意,反正他也没准备在第一届里厮杀。

“布鲁斯,你就不好说了,我个人非常看好你的成就,但伱毕竟太过年轻,那些物理宿老们可能会有偏见。”李奇维也知道的自己短板,不过他没有放弃。

“至于威尔逊,你也不要气馁,等你的云室设计成熟后,也必然是诺奖级别的成果。”

“也许十几年后,我们卡文迪许实验室会有四个诺贝尔物理学奖获得者。”

汤姆逊意气风发,三人都被他的自信所感染,房间内充满爽朗的笑声。

只有李奇维知道,实验室的辉煌可远不止于此。

而他自己也不能停下脚步,那就暂定一个小目标:狭义相对论。

如果说量子论是否定了牛顿的“连续”时空观,物理学家们在直觉上还能接受。

毕竟在宏观世界,牛顿力学定律依然起支配作用,量子论与牛顿力学只是对物质的研究尺度不同。

那么狭义相对论则是否定了牛顿的“绝对”时空观,物理学家们无论如何也接受不了。

狭义相对论是彻底颠覆了牛顿经典力学,甚至可以直接说,牛顿力学就是错的。

所以当爱因斯坦在1905年第一次提出狭义相对论后,当时的物理学界没人认可,一方面是牛顿的权威,另一方面则是这个理论太大胆。

与广义相对论那复杂到极致的数学变换相比,狭义相对论其实没有多少高深的数学知识。

这个理论的难点,其实在于人们对于时空观念的转变,需要反直觉,抛弃从小到大的固有思维。

狭义相对论有两条基本原理(公理,不证自明):狭义相对性原理和光速不变原理。

狭义相对性原理:在一切惯性参考系(静止或直线运动的参考系)中,所有物理定律都是等价的。

光速不变原理:在一切惯性参考系中,光在真空中的速度c永远不变。

对于第一个原理,很好理解,因为这完全符合人类的直觉。

其实早在1632年,伽利略就提出了这个原理:相对于惯性系做匀速直线运动的任一惯性系,力学规律是相同的。

比如虽然地球在宇宙中不停地运动,但是不管它的速度是多少,我们在上面做实验都没有任何差别。

不管你是在南极做实验和还是在北极做实验,得出的物理规律一定是相同的。

至于第二个原理,则是理解狭义相对论最大的拦路虎。

首先我们要明白,光速不变原理不是爱因斯坦假设的,而是通过理论和实验测出来的,是真实的自然现象。

当年麦克斯韦横空出世,他的电磁方程组,得出的结果竟然发现光速c是一个恒定值,约30万公里/每秒。

后来又有很多物理学家,做了各种各样的实验,最后都发现光速c确实是一个常数,实验和理论吻合。

虽然麦克斯韦当初推导光速时,是基于空间中存在“以太”这个特殊参考系。

但不幸的是,后来的结果证明了以太不存在,这就是第一朵乌云的本质。

同时也是这个时代,困扰无数物理学家的最大障碍,没有人能理解光速c不变。

其实,如果想要理解光速不变原理,需要从两个角度去考虑。

第一,光速与光源的速度无关。

假设一个人a在草地上快速奔跑(速度大),然后打开手电筒;接着又缓慢行走(速度小),再次打开手电筒。

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