作者jfsu (水精灵)
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标题Fw: [问卦] 光速为何是固定的
时间Wed Nov 15 23:37:10 2017
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作者: jfsu (水精灵) 看板: Gossiping
标题: Re: [问卦] 光速为何是固定的
时间: Tue Nov 14 22:20:24 2017
: 我们前面提及了，没有参照物的速度是没有意义的，而马克士威方程组
: 从头到尾都没有接触到这个问题。
: 也就是说，这个速度是宇宙中的不变量，不因观测者不同而有所变化。
: 这会导致了一种诡异的结论，无论我是以什麽速度前进，我观测光的速度
: 永远都会是299,792,458 m/s。
: 而迈克森-莫立实验也验证了这一点，光速是恒定不变的。
: ==================================================================
: 大概4这样。
: 以上内容是摘自「为什麽E=mc2? 探索时空、质量之源与希格斯粒子」
: Brian Cox & Jeff Forshaw 着
: 有兴趣的板友可以找来看看，里面讲的内容也更多更有趣
: 如果有误的话，还请专业的大大指出来
: 不过我也只是业余爱好者，更深入的内容我也讲不出个所以然
虽然着名的
迈克森-莫立实验(Michelson-Morley Experiment)证明了光速不变，
但爱因斯坦提出光速不变原理并不全是基於该实验结果，而是当时已经发展成熟的
电磁理论提出的必要假设。
Anyway，底下就来聊一下这朵在热力学之父
克耳文爵士(Lord Kelvin)口中的乌云，
更是让物理学家动笔也算不出内心阴影面积的实验。
19世纪末期，从
牛顿力学、
热力学和统计力学到
马克士威电磁理论，形成了经典物理学
(或称为古典物理学)大厦的三本柱。当时，英国着名的物理学家克耳文爵士在英国皇家
研究所的新年庆祝会上，发表了一篇名为
《在热和光动力理论上空的十九世纪乌云》
（Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light）
的演讲。他认为今後物理学家只要替大厦的外观做些补强的工作，使它更加完美即可，
只不过「动力理论主张热和光都是运动的方式，现在这个理论的优美性和清晰性，
正被两朵乌云所笼罩。」
这两朵乌云分别指的是经典物理在
光以太和
马克士威-波兹曼能量均分学说上遇到的
难题，它们带来了一场前所未有的狂风暴雨，从根基上动摇了这座大厦，完全颠覆对
经典物理理论的认知，最後分别诞生出相对论和量子力学。
大家都知道，水波的传播需要有水做媒介，声波的传播则是需要空气做媒介，可是，
地球离太阳一亿五千万公里，这之间既无水也无空气，在这近乎真空的环境，太阳光
靠什麽来传播？
於是物理学家就给光找了个传播介质：「
以太」，这个词是源自於古希腊，原意是
高空，亚里斯多德认为下界为水、火、土、气四个元素所组成，上界加第五元素，
以太(ether)」，即是一种媒介物质。1664年，笛卡儿(R.Descartes)首先将它用於
科学，说天体或其他物体间的作用就靠它。
牛顿发现万有引力之後，碰到了第一个难题：在宇宙真空中，引力是由什麽介质传播？
为了能有一个解释，他只好采用笛卡儿的说法，认为
以太是宇宙真空引力传播的介质。
如此一来，许多难题迎刃而解，法拉第的电磁力离不开它，麦克斯韦证明光也是一种
电磁波，当然光的传播也要靠它。更重要的是，以太的存在正好说明牛顿的绝对
时空观，它是
一个绝对静止的参考系，地球、太阳等一切运动都相对於它而进行。
「笛卡儿所设想的以太是一种作漩涡运动、球形的无重物质，充满了整个宇宙」，
当德国物理学家
麦古拉指着天空侃侃而谈时，对黏性流体的运动十分感与趣的
英国物理学家
斯拖克斯(George Stokes)说：
「啊，好像沥青似的。」
「我看倒有点像蜡。」克耳文说。
「真像
伸缩自在的爱。」幻影旅团4号成员舔舔嘴唇紧接着说。
我们不禁哄堂大笑，同样的一种以太，每个人却有不同的感觉。
麦古拉连忙放下手臂，他觉得
以太就是以太，不是沥青，也不是蜡，更不是念能力。
由於以太涉及的范围太广，加上没有实验可做为依据，许多物理学家都参与其中，
提出不少研究以太的理论，逐渐变成物理学界中的显学，甚至最後以太成为啥都能解决
的万能药，几乎可以媲美上帝。
不过，以太到底是否真有其物，谁也不知道，如同某些团体主张
「台湾地位未定论」。
1884年，克耳文到美国来作一场科学报告。会後一群人挤在他身边，想听听他对於以太
的研究。汤姆生说：「虽然以太解决了不少问题，但新的问题又接踵而来：以太代表了
一个绝对静止的参考系，而地球穿过以太在空间中绕日运行，如同一艘船在高速行驶，
迎面会有一股强烈的『
乙太风』不断吹来，同时也会对光的传播造成影响。谁能用
实验证明了这股风的存在也就证明了以太的存在！」
这时在场的人群里有一名
觉醒青年，听到这位物理大师的开示心中不由一怔，决定
投入更多的热情在这个问题上。
这位青年就是迈克森，两岁时父母带着他自波兰过咸水到美国来谋生。17岁时他考进
安那波利斯海军学院，毕业後到柏林、巴黎等地留学了两年，然後又重返美国。
1879年，马克士威写信向美国航海年历局的托德，讨论测定地球相对於以太的速度
问题。他在信中认为，由於量测精确度的限制，目前所有测量光速的方式都不足以
证明检验地球的绝对速度。迈克森得知之後，立即着手设计一台可以测定微小长度、
折射率和光波波长的干涉仪(後来被称「
迈克森干涉仪」)来进行这个最困难的实验。
ps.实验的简图在教科书都有，此就不附上了。如果存在地球与以太的相对速度，
藉由测试两束互相垂直的光的传播速率会有微小的差别。
1881年，迈克森首次测量，却是
404 not found，拍谢，是「零结果」。1884年，
在克耳文的鼓励之下，迈克森与另一位科学家
莫立(Morley)合作，改进了实验装置，
精确度达到40亿分之1。1887年，迈克森重复了6年前的实验，但得出的结果仍是
否定的。
这告诉我们，地球相对於以太的运动并不存在，或者说以太本身就是一个子虚乌有
的东西。迈克森，本来是想以精确的实验为以太的存在提供证据，但却适得其反，
真的很会。
ps.严格来说，单凭这点并不足以断定以太是不存在，这
只是证明了乙太风不存在。
爱因斯坦证明以太存在与否其实并无关紧要，认为可有可无。根据
奥坎剃刀
(Occam's Razor)原则，物理学家便从此不提以太了。这是後话。
这项实验结果一宣布立即在物理学界引起一场轩然大波，本来万里无云的蓝天上突然
出现了一朵乌云。因为一旦放弃这个曾经可以解释许多光电磁现象的以太说，那
牛顿力学的绝对时空观将要从根本上动摇，经典物理学的大厦突然出现了裂缝！
为了挽救以太，1889年英国物理学家
斐兹杰(George FitzGerald)、1892年荷兰物理
学家
洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz0分别提出了物体在以太风中运动、长度收缩
的假设。
虽然这个假设让以太说得以残存，犹如
风中蟾蜍。但现实的风向已经改变了，
最终当「相对论」提出後，以太的概念从此就销声匿迹了......退出江湖、自暴自弃、
偷抢拐骗.... 。
以上
Reference
1.Wiki
2.科学五千年
3.量子物理史话
4.雅量
--
对流血一周仍然不死的生物千万不能大意……。
--
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69F：推 SkySwimmer: 水精灵先推了 11/14 22:42
70F：推 blakespring: 乙太 人类科学史上的急转弯 11/14 22:43
71F：推 polestar0505: 推 11/14 22:43
72F：推 cheinshin: 专业 11/14 22:43
73F：→ hank780420: 严格说来罗伦兹是用数学硬兜了一个马克士威方程组遵守 11/14 22:43
74F：推 kikiki37: 推 11/14 22:43
75F：推 k25215666: 百推内 11/14 22:43
76F：→ hank780420: 的座标转换规则 11/14 22:43
77F：推 sikerkuaitai: 嗯嗯嗯 我也是这个想的 11/14 22:43
78F：推 farseer7: 雅量 11/14 22:44
79F：推 segunta: 西索乱入XD 11/14 22:44
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81F：推 tsisni: 嗯..我差不多也是这样想 11/14 22:45
82F：推 MagicYif: 水精灵 11/14 22:46
83F：推 nobody741: 推 水精灵 11/14 22:46
84F：推 K0F: 自暴自弃 XDD 11/14 22:52
85F：推 LoMing1021: 看到ID 先推再看 11/14 22:52
86F：推 piggy921: 嗯对 跟我想的一样 11/14 22:52
87F：推 sunarmed: 水精灵! 11/14 22:53
88F：推 elsa50320: 嗯嗯 跟我想的一样 11/14 22:54
89F：推 Markko: 推 11/14 22:54
90F：推 jl50491: 百内推 11/14 22:55
91F：推 luckyboy30: 快推 不然会被说看不懂 11/14 22:58
92F：推 tony5361627: 居然掉到水精灵…，u有神快拜阿 11/14 22:59
93F：推 j6xk4rmp4: 4水精灵大大 11/14 22:59
94F：推 fool5566: 看到ID就跪了 11/14 23:00
95F：→ FlynnZhang: 推水精灵 11/14 23:00
96F：推 yang39t: 推 11/14 23:01
97F：推 b00811: 推！ 11/14 23:01
98F：推 Vincent6964: 推 11/14 23:02
99F：推 phterm: 推 11/14 23:03
100F：推 after1: 水精灵推 11/14 23:03
101F：推 t81511270: 水精灵推 11/14 23:03
102F：推 WantFxxk4X: 你技能组合是水枪水炮吗？ 11/14 23:04
103F：推 abc88662a: 推 11/14 23:05
104F：嘘 bosch: 这在写什麽东西啊 11/14 23:05
105F：推 victor1217: 解释的不错 第四段那边改一下会更好 11/14 23:06
106F：推 gme1992: 量子物理史话非常好看 11/14 23:06
107F：推 bingreen: 先推个！ 11/14 23:06
108F：推 tristawings: 引人入胜 连我这个文组都看的津津有味 希望能讲更多 11/14 23:07
109F：推 Rootless: 快推 不然会被当作看不懂 11/14 23:08
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111F：推 AAPL: 推 11/14 23:10
112F：→ cmelo1515: EP JI3VU;32K7U U;4 11/14 23:11
113F：推 maplefoxs: 这开场跟我高中物理老师一样XD 11/14 23:11
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119F：→ Charley2309: 推推 11/14 23:19
120F：推 marcohpsh: 推 11/14 23:21
121F：推 iundertaker: 推一下免得人家说我看不懂 11/14 23:27
122F：推 irisowo: 推啊 11/14 23:28
123F：推 shadowmirror: 推 11/14 23:28
124F：推 Kohhhhhhhh: 光速在Maxwell's equations 推出的wave equation 就 11/14 23:29
125F：→ Kohhhhhhhh: 能看到光速是个定值的影子 11/14 23:29
126F：推 ann130121: 推 11/14 23:29
127F：推 Asucks: 水精灵科普文必推 11/14 23:30
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130F：推 lleo951: 种子种子 11/14 23:33
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132F：→ Kohhhhhhhh: 兴趣的人可以参考参考 11/14 23:33
133F：推 song7775: 乙太风wwww 11/14 23:34
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135F：推 spec55959: 推 11/14 23:35
136F：推 st9760916: 推 11/14 23:36
137F：推 kinki999: 科普～推 11/14 23:37
138F：推 sharkimage: 推 11/14 23:37
139F：推 Tomatowei: 好专业阿 11/14 23:38
140F：推 Falagar: 怎麽办 我只看得懂伸缩自在的爱 难道我脑袋里面都是以太 11/14 23:39
141F：推 ilohoo: 两垂直雷射的干涉不是被拿了测重力波了？ 11/14 23:39
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143F：推 dustsstar79: 推推推 11/14 23:40
144F：推 paca0713: 最近在念近代物理 推推 11/14 23:41
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187F：推 qxpbyd: Ref.6 破坏之王 11/15 00:35
188F：推 Nokogirigaru: 推推 11/15 00:36
189F：推 kkes0001: 续集呢我要看相对论 11/15 00:36
190F：推 oaoa0123: 拜托看不懂的别乱嘘。 11/15 00:43
191F：推 isisss: 优质文R 11/15 00:44
192F：推 hanger: 跟我想的一样 11/15 00:44
193F：推 amazingboy: 我脑袋想的被你讲完了 11/15 00:45
194F：推 ching620: 水精灵耶! 11/15 00:47
195F：推 qaz1530wsx: 真的很会XD 11/15 00:47
196F：推 NVCat: 推 11/15 00:55
197F：推 yuu101: 推 11/15 00:56
198F：推 mermaidhan: 推 11/15 00:57
199F：推 theimmortal: 长知识 11/15 01:00
200F：推 TitanEric: 大推 11/15 01:03
201F：→ sam682097: 可是没有提太多为甚麽光速是不变的捏 11/15 01:05
202F：推 asd88552233: 这篇比较直白 可以将复杂的学问以较浅白的方式大概 11/15 01:05
203F：推 asd88552233: 描述 给推 11/15 01:05
204F：推 Pictor: 优质文章 11/15 01:11
205F：推 greensdream: 终於等到你了 11/15 01:14
206F：推 Cheer313: 推科普文 水精灵赞赞 11/15 01:15
207F：推 s900037: 推 11/15 01:16
208F：推 cradredtade: 推 11/15 01:22
209F：推 grayplace: 推，专业文 11/15 01:22
210F：嘘 MisterSmile: 自以为有趣 11/15 01:23
211F：推 cuctuz: 看不懂... 11/15 01:27
212F：推 hdotistyle: 干 看不懂.... 11/15 01:28
213F：推 mystage: 推水精灵。但是第五元素已知不是以太，而是爱啊！ 11/15 01:29
214F：→ mystage: 故得证，光是靠着爱来传播的 11/15 01:29
215F：→ mystage: 光速不变原本是一个假设，数学上算出来的。但是後来实验 11/15 01:32
216F：→ mystage: 上都发现好像没错，所以就当作光速不变。未来说不定在某 11/15 01:32
217F：→ mystage: 种维度，光速会变也是有可能，只是还没发现而已。 11/15 01:32
218F：推 winipcfg6416: 推 长姿势 11/15 01:49
219F：嘘 yichung0612: 跟台湾未定论三小关系 11/15 01:49
220F：推 lidajhs: 真的hen会 11/15 01:59
221F：推 alitey: 我还是看不懂QQ 11/15 02:00
222F：推 conbanwa: XD 11/15 02:06
223F：推 notneme159: 推个 11/15 02:15
224F：推 liflguy: 上帝不会掷骰子一书中有记录 11/15 02:16
225F：推 Lydia66: ref.写雅量干嘛啦XD 11/15 02:29
226F：推 Microkkii: 相信文组还是不懂 11/15 02:30
227F：推 WangDanny: 西索乱入XD 11/15 02:35
228F：推 dan850406: 推个 11/15 02:46
229F：推 yuifish: 推 长知识 11/15 03:06
230F：推 ogymygg: ☺ 11/15 03:12
231F：推 play0824: 好看推 11/15 03:22
232F：推 Binomial5566: 推好文 11/15 03:34
233F：推 dazzzlee: 推 11/15 03:38
234F：推 uland26922: 文组完全不知道你在公三小 解释一下啦 11/15 03:55
235F：推 lovedog0731: 以宇宙观来看，在人类所处的微小座标系测量光速，这 11/15 03:57
236F：→ lovedog0731: 个座标系的速度与光的载体是相同的，当然怎麽测都一 11/15 03:58
237F：推 aiguo: 赶快推，不然人家说我们理组不懂 11/15 03:58
238F：推 lovedog0731: 以宇宙观来看，在人类所处的微小座标系测量光速，这 11/15 03:59
239F：→ lovedog0731: 个座标系的速度与光的载体是相同的，当然怎麽测都一 11/15 03:59
240F：→ lovedog0731: 样，测出来如果不一样，表示地球已经很接近黑洞了， 11/15 03:59
241F：→ lovedog0731: 光的载体变形，才会测出不一样的速度。以太应该是由 11/15 03:59
242F：→ lovedog0731: 重力场往宇宙中心传播形成的漩涡形力场，这个力场足 11/15 03:59
243F：→ lovedog0731: 以影响时间与尺度，也就是重力场延迟，实际上相邻的 11/15 03:59
244F：→ lovedog0731: 两个星系群可能会受到不等时的重力影响，以至於光谱 11/15 03:59
245F：→ lovedog0731: 偏移，甚至小形虫洞的产生。从光的折射可以发现，若 11/15 03:59
246F：→ lovedog0731: 是光的载体是以太，而以太对光而言是不均匀介质，所 11/15 03:59
247F：→ lovedog0731: 以人类要跳脱以光为座标系的前提，才能找出以太。 11/15 03:59
248F：推 rahit: 有文组版本吗 11/15 04:00
249F：推 mekiael: 推 11/15 04:51
250F：推 bestsonaever: I love uuuu 11/15 05:04
251F：推 ohmylove347: 好文推推 11/15 05:10
252F：推 Tamama56: 推 11/15 05:24
253F：推 xu3ru0454: 看法跟我一致 11/15 05:37
254F：推 roxcido: 推 11/15 06:14
255F：推 ji3ao6fu06: 嗯嗯跟我想的一样 11/15 06:35
256F：推 ChadiLin: 大推 XDDD 写的太科普了吧哈哈 11/15 06:39
257F：推 stock0907: 有笑有推 XDDDDDD 11/15 07:05
258F：推 lawrencezxc: 推 11/15 07:05
259F：推 xoy232: 推 11/15 07:05
260F：推 headingUSA: 优文 11/15 07:09
261F：嘘 AnnaOuO: 我觉得不行 11/15 07:09
262F：推 si3290: 嗯嗯 跟我想的一样 11/15 07:20
263F：嘘 ltjfw2012: 推文lovedog讲的是伪科学胡扯 不用理会 11/15 07:20
264F：嘘 yuetsu: 文组看不懂啦 11/15 07:35
265F：推 mp5k6: 太神啦，诙谐有趣 11/15 07:58
266F：推 sunstar1988: 还是一样有趣啊 11/15 07:59
267F：推 PeterSu1983: 1664年 哇塞 11/15 08:00
268F：推 max5566: 我也是这麽想的 11/15 08:11
269F：推 s0805744: 推 11/15 08:12
270F：推 chenyoung411: 嗯嗯，跟我的理论大致相符 11/15 08:27
271F：推 kane711119: 大推阿!!!!!! 11/15 08:56
272F：推 a5245242003: 推 11/15 09:04
273F：推 Imladris: 以太 = KMT?! 11/15 09:15
274F：推 calvin0319: 推 11/15 09:23
275F：推 newshooter: 水精灵大大先推在看 11/15 09:25
276F：推 howiejao: 文组看不懂，但先推签名档 11/15 09:32
277F：推 WindSucker: 4 11/15 09:36
278F：推 xyzkim: 推 11/15 09:44
279F：推 smallopen2k: 推 11/15 09:58
280F：推 chichung: 什麽时候要出书啦 11/15 10:22
281F：推 iambillno1la: 嗯嗯 跟我想得差不多 中间部份稍微修改一下就好了 11/15 10:31
282F：推 hanhsiangmax: 幻影旅团4号XDDDDD 11/15 10:36
283F：推 ups: 推推推>////< 11/15 10:42
284F：推 a8866442: 推水精灵 11/15 10:52
285F：推 nazo: 我以为以太是莉莉周杜撰的耶 11/15 10:53
286F：推 EnigmaticHaw: 推 11/15 11:40
287F：推 sunjh: 超过100分 11/15 11:41
288F：推 vespar: 推 但偷渡台湾地位未定论不存在 实在是怪怪的 11/15 11:44
289F：推 ptlove1222: 精彩XD 11/15 12:07
290F：嘘 mizys: 再来嘘一下 每次都东扯西扯一堆 却什麽都没解释 11/15 12:15
291F：推 m850537: 推一下 11/15 12:21
292F：推 adifdtd: 推 还不错 11/15 12:26
293F：推 reccatsai: 推西索 11/15 12:37
294F：推 blvck: 推推 11/15 13:08
295F：推 hodj: 文组看不懂 11/15 13:23
296F：推 CoLLaps: 推推 11/15 13:24
297F：推 StuLeo: 第一次看不懂水精灵的文，有点难 11/15 13:27
298F：嘘 wjjh30508: 觉得台湾地位未定论是虚幻的吗？那确定论在哪？ 11/15 13:28
299F：推 zoidsa12101: 推 为啥高中老师不能这样讲 11/15 13:30
300F：推 mmarty: 推 11/15 13:33
301F：推 neil9830409: 推推 11/15 13:49
302F：嘘 appendixxxx: 推啊 11/15 14:43
303F：推 lovedog0731: 光线会被重力波拉扯已经是事实，就算我是胡扯，也有8 11/15 16:10
304F：→ lovedog0731: 7%正确 11/15 16:10
305F：推 hjchangg: 推一下 不然会被发现看不懂 11/15 16:11
306F：→ lovedog0731: 讲白话一点，光线会被重力扭曲，宇宙的实际距离就不 11/15 16:12
307F：→ lovedog0731: 能用光年来计。懂？ 11/15 16:12
308F：推 lovedog0731: 宇宙重力场理论要被证实，大概还要20年，绘制出宇宙 11/15 16:17
309F：→ lovedog0731: 重力场图还要50年，到时宇宙的长度单位会是重力，不 11/15 16:17
310F：→ lovedog0731: 过那时候我应该已经挂了，看不到。 11/15 16:17
311F：推 nicayoung: 超好笑 11/15 17:53
312F：推 lv256: 随口嘘一句人家是伪科学，然後就没下文，国小生？ 11/15 17:53
313F：推 sleep123: 雅量XDD 11/15 18:12
314F：推 fhill12: 略懂 11/15 18:45
315F：推 dammmit: 光速是构成我们已知的"三维"空间 所以是恒定的 11/15 18:51
316F：推 dammmit: 光线本来就会被重力拉扯...想像黑洞就知道了 11/15 18:54
317F：推 std210429: 再次印证了雅量的百搭！ 11/15 19:08
318F：推 samrossi: 嗯嗯，跟我想的一致。 11/15 19:16
319F：推 dsmkr: 推 11/15 19:20
320F：推 artyyouth: U质科普文 11/15 21:26
321F：推 mr955258: 朝圣 11/15 21:46
322F：推 calamus: 讲故事的科普文推~ 11/15 22:07
323F：推 terryporter: 虽然这段科学发展的历史我已经读过了 但是水精灵还是 11/15 22:49
324F：→ terryporter: 补充了一些我不知道的八卦 大推 11/15 22:49
※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
※ 转录者: jfsu (180.177.15.128), 11/15/2017 23:37:10
325F：推 hwider: 推 01/10 20:27
326F：推 s8101026: 上了一课给推 02/09 10:42