“光速最大”是相对论深入人心的结论,也是质能方程、引力波的逻辑出发点。
1905年爱因斯坦在《论动体的电动力学》中推导了相对论的核心公式和结论。
我们知道,所有结论都来自于前提。
相对论包含两条明确的假设 “光速不变”和“物理定律的相对性”。
“光速不变”是指:光速在任意参照系不变,光速和光源没关系。
两条假设并未包含“光速最大” ,那么它是哪来的?
其实相对论的假设远不止两条,它的推导模型就包含若干隐含的假设。
答案:“光速最大”是相对论推导模型的人为设定。
“相对论”的推导模型:
杆AB,B端有镜子,静长L,沿A->B向运动,速度v 光子从A向B发出,打到镜子B后返回A。光速C
那么,光打到镜子是天经地义的吗?
经典物理学:客观存在与观察者无关
如果把光看成粒子,光源在杆上, 光对于镜子的速度是C,光必然打到镜上。
相对论:时空取决于观察者
在地面上看,光速依然是C,镜速v,光对于镜的速度是 C-v
只有C > v ,光才能追上镜子。位置1
如果C = v,光与镜子保持静止,位置0
如果C < v,光离镜子愈来愈远。位置2
通过设定光追上镜子得到:
镜子视角:AB往返用时都是L/C地面视角:从A到B用时l/(C-v),从B回到A用时l/(C+v),l为L的动长
导出了相对论的核心:时空变换因子:
爱因斯坦就是在得出这个式子后惊呼“光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色”!
其实,这是设定光追上镜子的结果,即 l/(C-v)造成的。
由于镜子可以是任意速度,所以,设定光追上镜子,就是设定光速大于任意速度。
这就是“光速最大”的根源。
推导相对论核心公式,“光速最大”是必须的设定,虽然镜子不是必须的,但确实是它帮助爱因斯坦开创了这一切。
这面伟大的镜子,我们可以称为“爱因斯坦的镜子”
网上有不少其它的推导方法,毫无例外都隐含了“光速最大”的设定。包括使用“相对性原理”。
“光速最大”的设定是相对论的基础,也就是质能方程、引力波、黑洞、暗物质、弦理论、高维空间…的基础。撑起了“现代物理学”的半壁江山。
,