一百多年前,人们发现电磁波传播速度与参考系的选择无关,而且传播也不需要介质,这个和经典物理机械波的性质完全不同,而且麻烦的是那是当时实验观测的结果,自然事实如此。
怎么破?在人们试了很多不成功的假设后,爱因斯坦把光速不变本身当作了一个基本假设,你也可以认为是初衷是给经典物理加上一个限制条件,简单说就是光速不变。既然要提出新理论解释当前困难,看看它新在什么地方。很自然的,新理论与经典物理的冲突会发生在事物接近或达到光速的时候。爱因斯坦由浅入深讨论了两种情况:
1. 光还是直着传播的情况,这是一个特别的例子,所以叫Special Relativity;
2. 光可以弯着传播的情况,这是个更普遍的例子,所以叫General Relativity.
按照经典物理的想法,有引力作用,光的速度大小方向都会改变;但是在新理论里光速不变,光只有弯,所以不能按照传统的思维来想相互作用,既然光速不变,那么光弯可以想成光在弯曲的空间下传播,等价地可以想成光在某个manifold的curvature上走。既然如此,光在两个理论里面的弯法是不一样的。验证:找一束遥远的恒星光绕过太阳,到达地球,测量光是怎么弯的。事实证明相对论的预测符合观测。
正因为有观测证据,人们接受了广义相对论建立起来的时空观。
如果要思考速度比光快的问题,也是可以的,这里的困难在于电磁波是信息的携带者,当讨论比光速还快的情况或者逆着时间轴传递信息的时候,如何找到观测证据?
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