我们所在的时空到底是绝对的,还是相对的呢?
现在先让我们来思考一个问题,假设我们正驾驶着一艘宇宙飞船驰骋在浩瀚无边的宇宙中,飞船的四周漆黑一片,没有任何的参照物,此时我们能够识别出这艘飞船的飞行速度吗?当然是不行的。平日里我们所说的速度实际上都是相对速度,我们通过窗外景物的移动速度来判断自己的运动速度,比如汽车的移动速度是每小时50公里,这里就是以地面为参考系,如果以一辆移动速度为每小时25公里的电动车作为参考系,那么汽车的移动速度就变为了每小时25公里。
虽然如此,但牛顿始终认为存在着绝对速度,因为他认为存在着绝对时空。
牛顿在《自然哲学的数学原理》中有着这样的表述:“绝对的空间,是与任何外界事物无关的,它从不运动,也永远不变。而真实的时间也是均匀流逝的,与任何外界事物无关”,这个表述明确体现了牛顿的绝对时空观。不过牛顿虽然相信绝对时空的存在,但他并没有找到绝对时空,也不知道如何才能找到绝对时空。当然,这在牛顿的时代并不重要。
直到麦克斯韦提出了电磁学方程组,绝对时空是否存在的问题开始变得重要起来。
通过电磁学方程组,可以明确地计算出光速为299792458m/s,那么这个速度到底是相对于谁的呢?我们知道机械波的传播是需要介质的,比如声速在空气中传播时,介质就是空气,在水中传播时,介质就是水,所以平日里我们所说的声速就是声波相对于介质的传播速度,空气中的声速就是声波相对于空气的运动速度,水中的声速就是声波相对于水的运动速度。
那么光的移动速度是相对于谁的呢?
人们找不到光的介质,于是就假想出了一种名为“以太”的介质,假设光就是在以太中传播的。这看似无厘头的假设却着实帮了大忙,因为以太就是牛顿没有找到的那个绝对时空。光速的299792458m/s就是光相对于以太的速度。这样一来,一切问题就变得简单了,比如地球在宇宙中移动时,因为与以太存在着一个相对速度,所以就会产生一个“以太风”,当光与地球同向移动,也就是与以太风的方向相反,此时光速相对于以太的速度就是299792458m/s再加上地球的速度。
反之,如果光与地球反向运动,那么也就是与以太风的方向相同,此时光速相对于以太的速度就是299792458m/s减去地球的移动速度。
这样一来,好像所有问题都得到了一个完美的解释,现在只需要做一件事就可以让一切变得无懈可击,那就是找到以太。于是在1887年,迈克尔逊和爱德华·莫雷进行了一个寻找以太的实验,名为:迈克尔逊莫雷实验。这个实验简言之就是让一束光通过一个半反半透镜,然后光会被分开向两个不同的方向运动。
最终被分开的两束光又会分别照射到一面镜子上反射回来,再归于一处。
两束光的运动距离是相同的,但因为以太风的存在,两束不同方向的光相对于以太的速度就会存在差别,于是便能够确定以太的存在。但遗憾的是,经过反复实验,两束光始终以相同的速度来到终点,也就是说以太并不存在。以太不存在,也就是说绝对时空不存在,所以时空就是相对的,光速也不是相对于绝对时空的速度,它的速度相对于任何参考系都恒定不变。
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