那么,假设我先以火车为参考系,在火车里面的人看到水波有一个速度,然后我再以地面为参考系,我在路边的人看火车里的水波传播速度,那么这两个速度肯定不一样,我在地面上看到的水波的传播速度肯定是火车的速度加上火车里观察到的水波的速度。这就说明,在不同的参考系里(火车里面的人和地面上的人)看到的水波的速度是不一样的,就是说水波的速度是随着参考系的变化而变化的。

但是,光波不!!!光就是这么有个性:我在火车(假设在真空中)上发一束光,测得的速度是光速c,我在地面上再测那束光的速度,他还是光速c。你以为你在地面上测的光速会等于火车上的测的光速加上火车的运行速度么?恭喜你,你跟物理学史上最伟大的物理学家之一的牛顿想法一致,但是这是错的,无数的实验无情的否定了这个想法。

而这个光速不变,也就是光速不随参考系的变化而变化,才是作为狭义相对论的根基的那个光速不变。另一个爱因斯坦很多人在讲相对论的时候总喜欢把迈克尔逊-莫雷实验用来当做爱因斯坦提出相对论的关键根基,为什么喜欢这样?因为这样的套路用来讲物理故事非常的好:首先是实验发现一个异常现象,原来的理论无法解释,然后新的科学巨人通过对实验的分析大胆的提出了新的理论完美的解释了这个奇怪的现象,然后新理论预言的新东西被实验证实,然后新理论的获得了巨大的成功。

这种故事很具有“科学性”,案例也很多,因此很多教材喜欢这样用,但是并不是所有的理论发现都是这样套路,起码狭义相对论并不是这样。爱因斯坦这种超天才理论物理学家,他不是看到迈克尔逊-莫雷实验之后才发现光速不对劲,而是从理论上看到了麦克斯韦方程组,也就是电磁学和牛顿力学产生的不协调开始思考的。爱因斯坦大学的时候基本没怎么上课,而是像疯子一样疯狂的阅读麦克斯韦电磁学方面的著作,我们在第一条光速不变的时候用麦克斯韦方程组推出了一个光速的公式:这个公式奇怪的地方就在于:它的确准确无误的给出了光速的计算公式,给出了一个速度值,但是,这个速度是相对谁的速度?是哪个参考系下的速度?我们都知道,在牛顿力学里,单独的谈论速度是没有任何意义的,速度速度,一定是相对谁的速度,或者是某个参考系里的速度,你现在在这里玩手机没动,但是以太阳为参考系,地球带着你运动,你“坐地日行八万里”。

在牛顿的体系里你算任何速度都会有参考系,但是我们的麦克斯韦同学硬生生的在没有任何参考系的的情况下逻辑严密的给你推导出一个光速出来了?这算谁的?你认不认?牛顿是物理学界的神,麦克斯韦在那个年代简直是上帝的代表,麦克斯韦方程组简单优美得完全不像是人间的产物,但是他们矛盾了,怎么办?放不下牛顿体系的人坚持认为凡是速度必定有参考系,麦克斯韦方程组倒出的光速不是没有参考系,而是以以太为参考系(牛顿绝对时空里的绝对参考系),所以,只要我们通过实验证明了光速会相对以太运动,那么不就是证明了以太存在,证明了牛顿大神的绝对空间完美无缺了么,于是他们开始做实验,后面的事情大家都知道了。

爱因斯坦不一样,小爱同学可能因为年纪比较轻,思维比较前卫没有什么历史包袱。爱因斯坦想:麦克斯韦导出的光速没有指定参考系,你们非要强塞一个什么绝对的以太作为参考系,但是不对啊,如果电磁学的规律真的都是在以太这个参考系上的,那么岂不是说我在做电磁学实验的时候,面对着以太和背对着以太的实验效果是不一样?难道我的电流电压会因为我的仪器是正拿倒拿不一样?如果真的有以太,那以太的方向速度要怎么定呢,上帝拼什么选这样一个方向和速度?没道理啊。

总之,小爱同学发现,如果要引入以太这种绝对参考系,那么他会带来无数更多的麻烦,用一个以太在光速这里打了一个补丁,在其他地方至少要多出现十个补丁,但是如果我舍弃以太,事情反而就变简单了。秉着上帝是个懒人的思想,小爱同学拿着奥卡姆剃刀直接把以太砍了。爱因斯坦认为,与其为了给光速找一个特定参考系引入这么多麻烦,倒不如直接假定光速在所有参考系里都是一样的,麦克斯韦方程组给出的光速没有指定参考系,那是因为这个光速在所有的参考系里都是不变的。

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