物理学上一个美丽的错误,有时候甚至比真理更难得!
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19世纪末20世纪初 , 人类物理学不断取得突破 , 而这一切几乎都离不开对光的探索 。
麦克斯韦方程组告诉我们 , 光以波的形式传播 , 速度为每秒30万公里 。 但在麦克斯韦方程组推导出来的光的计算公式中 , 并没有指定光的参照系 , 说白了 , 公式表明光不需要参照系 , 这完全颠覆了人们的传统认知 。
物理学家们当然不会承认“不需要参照系的光速” , 因为这意味着推翻了统治物理学界几百年的牛顿经典物理学 。 于是他们开始为光寻找参照系 , 以太的概念应运而生 。
当时的物理学界认为 , 以太是绝对静止的参照系 , 光的参照系就是以太 , 光在以太中以光速传播 。
但是以太的概念仅仅是一个假设 , 物理学家们并没有找到以太存在的证据 , 于是开始用实验来寻找并证实以太的存在 。
迈克尔逊莫雷实验就是在这种背景下开始的 , 实验的目的并不是否定以太的存在 , 恰恰相反 , 他们也相信以太是存在的 , 实验本身就是为了寻找以太 。
实验过程比较简单 。 如果以太是绝对静止的 , 那么由于地球在高速运动 , 就会有以太风吹过地球表面 , 再加上地球围绕太阳运转 , 如果刚顺着以太风飞行 , 测量到的光速就会变快 。 而如果光速的飞行方向逆着以太风 , 光的速度就应该变慢 。
【物理学上一个美丽的错误,有时候甚至比真理更难得!】不过实验结果让迈克尔逊和莫雷两人有些不安 , 无论他们如何测量 , 得到结果都是:光的速度始终保持不变 , 也就是说以太是不存在的 。
这个实验结果表明 , 光速是恒定的 , 它不需要参照系 , 也不需要传播介质 。 也就是说 , 即便是你以99%的光速飞行 , 对于静止在地面上的我来说 , 你身上发出的光的速度仍旧是光速 , 而不是199%光速 。
迈克尔逊和莫雷一开始并不愿意接受这样的结果 , 毕竟牛顿经典物理学已经统治物理学界几百年了 , 当一种颠覆性的理论即将出现时 , 科学家也很难接受 。
但反复的实验结果让他们不得不接受 , 两人最终也尴尬地承认了错误 , 认为以太根本就不存在 。 他们犯了一个错误 , 一个美丽的错误 。 本来是想证实以太的存在 , 结果却证实了以太是不存在的 。
这种错误对于物理学界来说并非一无所获 , 反而会大大促进物理学的发展 , 也为之后爱因斯坦发现光 , 能量与物质之间的关系奠定了坚实的基础!
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