光速不變原理是怎么被發現的?

時間:2021-07-29 14:46

  光速不變原理

  光速不變原理其實是狹義相對論的兩條基本假設,另外一條是相對性原理。愛因斯坦就是利用這兩條基本假設推導出了整個狹義相對論。其實這種方式是很復古的,數學中,歐幾里得幾何學就是利用5條基本假設,推導出了整個平面幾何學,愛因斯坦與此是如出一轍的。

  那什么是光速不變原理呢?具體的定義是這樣的:

  無論在什么樣的慣性參照系中進行觀察,光在真空中的傳播速度相對于觀測者都是同一個常數,這個常數不隨光源和觀測者所在參考系的相對運動而改變。這個常數是299,792,458 m/s。

  簡單翻譯一下就是,無論你在什么位置什么狀態下看到光的速度都是一樣的,也就我們常說的光速,他不會隨著參考系的不同的而不同。

  我們可以舉個例子來具體感受一下,如果有個人在車上以5m/s的速度運動,他的運動方向與車的運動方向是一致的,而車速是10m/s。請問,如果有個地面觀測者,他看到人的速度是多少?

  其實很多人都可以一下子脫口而出,10+5=15m/s。那我們現在這樣,如果這個人手里還拿著一個手電筒,并且向前照射,那請問車上的人,地面上的參考者來說,他們看到的光的速度是多少?

  按照上文的方式,實際上的結果就會是,車上的人看到的是光速c;而地面參考者看到的速度就是光速+車速+人運動的速度,也就是(c+15)m/s。

  可光速不變原理告訴我們,無論是地面參考者還是車上的人,甚至上天上還有一種鳥在勻速地飛,他們看到的這光的速度都是c。

  那么問題來了,為什么會這樣的呢?這明明很不符合我們的直覺。

  光速不變原理的歷史

  實際上,這事還要從伽利略說起,我們剛才提到的相對性原理,本質上就是伽利略提出來的伽利略變換。那你可能要問了,啥是伽利略變換?

  我們可以簡單粗暴地理解成剛才上文用到10+5=15m/s來理解,也就是,判斷物體是否運動,其實要先選取參照系。

  后來,牛頓在提出他的力學理論時,就引用了伽利略變換。(不過,牛頓的觀點是和伽利略稍微有點出入的,這里就不細說了。)而牛頓力學在宏觀低速下是和現實情況十分擬合的,大多數的人都在使用牛頓的理論來解決日常的運動學和力學的問題。

  牛頓的這套理論其實是真的很準,深受廣大學者和人民群眾的喜好,甚至還可以拿來預言天體的存在,比如:海王星就是科學家利用牛頓理論僅僅依靠筆和紙就算出來的。

  可好景不長,麥克斯韋提出了電磁學理論,用麥克斯韋方程統一了“電”和“磁”,同時預言了電磁波的存在。

  麥克斯韋這套理論其實和牛頓理論在物理學史上的地位是有一拼的,麥克斯韋方程可以描述所有關于“電”和“磁”的現象,與牛頓理論一樣,這套理論也被廣泛接受。照理說,原本這是沒啥問題的,可偏偏兩者出現了矛盾。這個矛盾源自于,麥克斯韋方程可以推導出光速c=1/ε0μ0。這里的ε0是真空介電常數,而μ是真空磁導率,這兩個都是常數,也就是說光速c也是個常數。可這不對啊,因為在牛頓理論中,一個物體的速度到底多少要取決于所選取的參考系,于是兩者就出現了矛盾。

  所以,從麥克斯韋之后,物理學界就陷入了調和兩大理論矛盾的困境之中,這當中有許許多多的人花了大把的時間試圖搞清楚其中的原因。當時比較主流的認同是,存在一種叫做“以太”的東西,它是光傳播的介質。(在地上,光是一種波是主流觀點。波粒二象性還沒有被提出來。)這其實就和水波傳播需要水作為介質是一回事,假設出來的“以太”就是光的“水”。

  但科學家光假設是沒辦法推動理論發展的,到底對不對還要靠實驗和觀測。于是,又有大把的實驗物理學家想通過實驗找到“以太”存在的證據。結果,他們全都失敗了。(其中比較有名的就是邁克爾斯莫雷實驗。)

  愛因斯坦

  當“以太”不存在已經成為了定局時,科學家又開始思考其他的路徑,其中比較有名的就是洛倫茲和龐加萊。他們都曾無限接近于提出狹義相對論,但都失敗了。

  而愛因斯坦直接拋棄掉了傳統的束縛,果斷提出了“光速不變原理”,并結合伽利略變換推導出了狹義相對論。可能你要問了,為什么是愛因斯坦提出了光速不變原理,關于這個問題,我覺得楊振寧就說得很有道理,他曾在自己的一篇名為《機遇與眼光》的文章中寫到

  洛倫茲有數學,但沒有物理學;龐加萊有哲學,但也沒有物理學;正是 26 歲的愛因斯坦敢于質疑人類關于時間的原始觀念,堅持同時性是相對的,才能從而打開了通向微觀世界的新物理之門。

  光速不變遠離,雖然經過幾代科學家嚴格推導驗證,但實際上是錯誤的。原因非常簡單,科學家以物質為基礎得出此結論,而忽略了意識。

  假設世界是純物質構成,科學家推導光速不變或許是對的,但很顯然世界不少純物質構成,還有意識,甚至科學家在量子層面也證明物質不是永恒的,也有存在或消亡,比如虛空中能夠突然冒出一個量子,某個量子也會突然消失在虛空中,虛空是什么?現在科學無法解釋,光子在虛空中傳播看似有不變的速度,但光子也是量子,也會憑空消失在虛空中,這個消失去了哪里?以什么速度的?科學家不知道,顯然不是以不變光速消失的。

  所以光速不變,是需要在一定條件下才成立,就像水要流動,需要在0-100℃之間才行,低于0℃,水變成冰,高于100℃,水變成氣,都是無法流動的。

  科學實際上是一種嚴重的偏見,回顧過去有文字記載以來的科學,幾乎全部被證明是錯誤的,那么站在未來看今天,憑什么我們那么幸運就是對的呢?顯然大概率也是錯的,包括愛因斯坦相對論,光速不變等理論最終都是錯的。

  在意識界面,光速肯定不是恒定的,時間也不是恒定的,都會隨著意識出現各種變化,極大或極小。意識力非常強大,能夠改變物質世界,比如善力極大,物質世界變好,惡力極大,物質世界變壞,不同的結局不是物質世界定律決定的,是意識力決定的。

  所以認清科學需要在一定條件下成立,不能迷信,更不能盲目科學,要強化善念,摒棄惡念,讓世界更美好。

  堅持原創,關注象點,堅持正能量。

  光速相對于任何慣性參考系不變,這是一個實驗結果(基于麥克爾遜——莫雷實驗),而不是理論上可以推導出來的結論——這就是物理學與數學的不同,數學上可以建立一個公理體系,然后推出一些結論,但物理學本質上是一個實驗科學。因此,光速相對于任何慣性參考系保持不變,這是沒有辦法問為什么的,事實就是這樣——就好像一個人不能問自己為什么出生在窮人家庭,為什么不能出身在豪門是一個道理,這個是天生的。

  不過,還可以談需要注意的以下幾點:

  1。光速是相對于慣性參考系不變,而不是相對于任何參考系都不變。我們知道有所謂的非慣性參考系,比如說旋轉的地球就是一個非慣性參考系,相對于旋轉的地球來說,從同一點出發發射一個激光,分成兩路,第一路從東邊朝西方走,第二路從西方朝東邊走,等這兩路光重逢的時候,會產生干涉效應。這個效應叫做sagnac效應,可以用來檢測地球的旋轉角速度,也反過來說明地球是一個非慣性參考系,光速相對于非慣性參考系不是不變的。

  2。光速不變是有幾何意義的,這個事情說明光子在時空之中走出的軌跡——世界線的長度為零,這一點是非常震撼的。也就是說,光子無論走多長的時間,它的世界線的長度永遠是零——是一個恒定的數。這是相對論的幾何學與平常的幾何學非常不同的地方——我們平常學的歐幾里德幾何學,你畫一條曲線,這個曲線的長度總可以越畫越長,但在相對論中,光子的世界線的長度是恒定為零的——永遠不會增長。

  答:光速不變原理是狹義相對論中的一個基本假設,并被大量實驗證實;光速不變原理的發現是一個曲折的過程,也有不少物理學家走了彎路。

  早在18世紀,科學家就利用光行差的原理來測量光速,但是由于測量精度有限,所以結果可以用牛頓的經典時空得到合理解釋,數值大概在每秒30萬公里左右。

  在1865年,大科學家麥克斯韋建立大名鼎鼎的電磁學方程組,我們現在使用的電磁學方程組是經過精簡的,麥克斯韋利用方程組得到一個波動速度:

  其中ε0是線是真空磁導率,兩個常數都是可以通過實驗測量的,不算不知道,一算嚇一跳,當麥克斯韋把ε0和μ0的數值帶進去后,發現這個波動速度與光速基本吻合。

  麥克斯韋經過深思熟慮之后,大膽預言了電磁波的存在,并指出可見光是電磁波的一部分,直到20多年后的1887年,德國科學家赫茲才用實驗證明了電磁波的存在,麥克斯韋的電磁學理論堪稱經典物理學的巔峰之作。

  在麥克斯韋的電磁學理論當中,有一個關鍵引起了物理學家的注意:真空介電常數和真空磁導率是通過實驗得到的,兩個常數并不依賴于參考系存在,那么兩者結合得到的光速也是定值,按理說也不依賴于參考系。但是在牛頓力學的經典時空中,光速的大小與參考系有關,這讓科學家們非常矛盾。

  雖然以太學說可以勉強解釋這個矛盾點,但是解釋過程并不令人滿意;在1887年,邁克爾遜和莫雷使用干涉儀測量了不同方向上的光速,發現不同方向的光速是完全相同的,這一實驗否定了以太的存在,動搖了經典物理學的基礎。

  當時的一些物理學家為了捍衛經典物理學,也提出了一些解決方案,比如洛倫茲想象從相對運動對分子間距離的縮短,給出了一個符合邁克爾遜-莫雷實驗的洛倫茲變換。

  直到1905年,愛因斯坦把光速不變作為狹義相對論的基本假設,才徹底解釋了邁克爾遜-莫雷實驗。

  值得一提的是,愛因斯坦公開表示過,在他1905年提出狹義相對論時,他也只是在洛倫茲的論文中聽說過邁克爾遜-莫雷實驗,但并未深入了解過該實驗。所以光速不變原理不能看作邁克爾遜-莫雷實驗的直接結果。

  愛因斯坦提出光速不變原理,雖然不是受到邁克爾遜-莫雷實驗的啟發,但是邁克爾遜-莫雷實驗的重要性是不言而喻的,也將作為狹義相對論的重要證據。

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  首先說一下什么光速不變原理,它并不是指光在線萬公里每秒,而是指光在任何參照系下的速度都是光速本身,光速是絕對的,不需要參照物,比如說你拿著手電筒以5米/秒的速度奔跑,靜止的我看到手電筒發出的光的速度仍舊是光速,而不是光速+5米/秒!

  再回到問題中來!準確地說,光速不變原理不是被發現的,是愛因斯坦做出的一個假設,然后在現實中被驗證的!

  我們都知道,愛因斯坦相對論之前,牛頓的絕對時空觀統治著物理學界,這種時空觀人為,萬事萬物的速度都是相對的,都需要有參照物,光的速度也不例外。

  但愛因斯坦仔細研究了麥克斯韋方程組發現一個問題,方程組中光速是一個常數,也就是沒有參照物。在絕對時空觀思維的支配下,于是物理學家們開始尋找光速的參照物,以太應運而生。

  但之后物理學家們發現以太的存在會導致越來越多的問題和矛盾。愛因斯坦天才的大腦開始發揮作用,他就想,為什么以太一定要存在呢?以太本來就是假設的,如果以太不存在,光速不需要參照物,一切問題不就解決了嗎?

  按照奧卡姆剃刀原理,愛因斯坦認為我們沒必要刻意讓科學走向復雜,假設光速不變,一切就變得如此簡單。而麥克斯韋方程組中的光速也恰恰是一個常數!

  于是,光速不變原理應運而生,它就是一個假設。這個假設得到了驗證,比如說邁克爾遜莫雷的實驗!

  而愛因斯坦的狹義相對論就是建立在光速不變原理基礎上才出現的!光速不變的實質是時間和空間的相對性,牛頓的絕對時空觀也因此土崩瓦解!

  光速不變的原理因為光是電磁波。凡是波在同一介質中傳播速度都是不變的。電磁波,聲波,引力波,磁波,電波,水波都是如此。為什么呢?這是波的特性。笫一個波形成后就脫離了波源,獨立于波源,不管波源如何運動都改變不了己經發出去的波。波的傳播速度由介質決定。波源的運動只改變開始波生成的頻率,完整一個波后離開波源,波源就就設有辦法改變波的頻率了,這就是多普勒效應的本質原理。我們在遠處看見閃電,很久才聽到雷聲,其實是同時發生的,因為聲波傳播速度比光的傳播速度慢許多。當我們聽到雷聲時,閃電的地方雷聲已經消失了。回聲,也說明了,波一旦離開波源就獨立存在了。速度只與傳播介質有關。我不明白光速不變會得出相對論。聲速性質也一樣,得出什么論?

  光速不變是由邁克爾遜、莫雷通過實驗發現的客觀事實,由于這個事實用牛頓經典力學無法解釋,所以愛因斯坦才在1905年創立相對論來解釋這一現象,當時中國還處在清朝的愚昧統治之下,看看現在還有不少人在不談邁克爾遜—莫雷實驗的情況下,就說相對論是錯的真是可笑至極。

  只要是一束光,那么不管它相對于什么慣性參考系,它的傳播速度都是一樣的。在愛因斯坦的相關理論中,“光速不變”可以說是我們最難接受的一個概念了,但就這個與常識相悖的理論,卻偏偏成為了現代物理學的公理。

  那么這條公理到底是怎么來的呢?這事要從大名鼎鼎的英國物理學家麥克斯韋(James Clerk Maxwell)的電磁學基礎方程組講起,這組方程不光統一了電磁領域,而且還計算出了電磁波在真空中的傳播速度與光速一致,從而預言了光也是電磁波,這個預言隨后被實驗物理學家所證實。

  于是一個問題就擺在科學家們的面前,那就是所謂的速度都是相對某個參考系的,那光在真空中的速度又是以什么為參考系呢?對于這個問題,當時的主流理論認為宇宙中存在著一個無處不在的、絕對靜止的參考系-“以太”。

  在當時的科學界,對“地球圍繞太陽公轉”這個說法早已認同。顯而易見的,地球相對于“以太”是有一個速度的,如果真空中的光速是相對于“以太”這個參考系的,那么根據速度疊加原理,從地球上發射出去的不同方向的光,它們的速度必定不會是相同的。

  為了驗證這個理論,美國物理學家阿爾伯特.邁克爾遜(Albert Abrahan Michelson)和愛德華.莫雷(Edward Morley)于1887年利用邁克爾遜干涉儀做了一個著名的實驗,即邁克爾遜-莫雷實驗。這次實驗的結果是,光速在不同慣性參考系以及不同的方向都是不變的。

  這個實驗結果在當時可謂是石破天驚,因為它似乎撼動了當時整個物理學的根基,于是科學家紛紛進行了相似的實驗,實驗的精度也大幅的提升,然而這眾多實驗的結果都是驚人的一致!順便提一下,阿爾伯特.邁克爾遜也因此成為了美國歷史上第一個獲得諾貝爾物理學獎的人。

  科學家們不得不面對這一事實,即經典運動學是對的,麥克斯韋方程組也是對的,但為什么把它們放在一起就不對了呢?于是他們提出了各種理論來試圖解釋這個現象,但這些理論都不能做到完美的程度。

  這個時候愛因斯坦大膽地指出,既然事實就是這樣的,那么在宇宙中“以太”就不應該存在,而“光速不變”就應該做為一條物理學中的定律。

  在此基礎上,愛因斯坦提出了著名的“狹義相對論”,假設光速對于任何慣性參考系都是不變的。為了支持“光速不變”,時間和空間就不應該是絕對的了,這就是“鐘慢尺縮效應”。

  當一個物體在低速運動的情況下,因為時間和空間的變化程度極其細微,所以經典運動學可以給出近似的解釋,而當這個物體的速度越接近光速,時間和空間就改變得越明顯,這個時候就只能用相對論來解釋了。

  愛因斯坦就這樣把這個問題解決了,我們也可以看出,“光速不變”這條定律,是愛因斯坦基于觀測到的自然現象提出的一個合理的假設,通俗地講,就是猜的……如果有一天,你發現了真空中的光速其實是可變的,那么整個世界將因你而改變!

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  光速不變原理是怎么被發現的?

  在大家的印象中光速不變的原理是隨著愛因斯坦1905年狹義相對論發表時,同時提出的兩條基本假設:

  狹義相對性原理:一切物理定律在所有慣性系中均有效

  光速不變原理:光在真空中的速度c是一個常數,與光源的運動狀態無關。

  前者說的是一切物理定律(除引力外)在洛侖茲變換下保持形式不變,不同的時間內進行的實驗得出的物理定律是一致的。

  后者字面意思理解起來就更簡單:即無論你怎么折騰,光速始終是一個常數,即:299792458米/秒。

  當然愛因斯坦將其放在狹義相對論的基本假設中,也就是狹義相對論在這兩條假設之上,讓這個假設成了真設,隨著相對論的傳播,在大家的印象中就是愛因斯坦發現了光速不變原理,其實不然,在十九世紀末,至少有兩位科學家發現了光速不變原理。

  詹姆斯·克拉克·麥克斯韋

  比較了解科學的朋友都知道麥克斯韋是是在愛因斯坦之前僅次于牛頓的人物,都知道他是玩電的,而且前無古人后無來者,但對于麥克斯韋偉大成就的意義卻知之甚少

  費曼如此評價麥克斯韋,我們就不廢話了,反正就是說他的影響力遠超美國內戰。要來定義麥克斯韋成就的意義,必須來了解他的四個著名方程組:

  當然只有最后一項麥克斯韋獨立發現,這個意義非凡,因為變化的電場能產生磁場,變化的磁場又能產生電場,往復循環.......這就是傳說中的電磁波,但當時并沒有發現電磁波,麥克斯韋僅僅從理論上推導出來了。

  麥克斯韋根據他的方程組直接推導出了電磁波的速度,如下圖所示:

  因為ε0和μ都是常數,因此計算出來的電磁波速度也是一個常數,當然那會還是電磁波速度,麥克斯韋僅僅是根據這個速度和當時已經測定的光速一致,判斷光就是電磁波的一種,但麥克斯韋并無實錘證明,不過兩者一致非常詭異啊。不過后來發現光是電磁波的一種也就釋然了,只不過它的頻率比較窄,只是電磁波中的可見光波段一小段。

  邁克爾遜-莫雷實驗

  這個實驗的起始要從牛頓時代開始說起,自牛頓發現萬有引力以來,他就一直為一件事苦惱,是什么傳播了天體之間的引力?最終他選擇了借用亞里士多德的“以太”來作為引力傳播的媒介,包括天體以及光都在以太中傳播!

  1660年,胡克認為光在一種叫做發光以太的介質中傳播,并且波不受重力影響。1800年,托馬斯楊發現了光的干涉以及偏振性,托馬斯楊用衍射實驗證明了光的波動性。

  光是一種波絕對是一種新玩意兒,但波大家都很熟悉,水波,聲波等,前者借助水傳遞,而后者則依賴介質,比如空氣和或者其他物體等。那么光借助以太傳播,那么可以測量光與以太之間的相對速度(伽利略變換)來證明以太是否存在。

  1887年邁克爾遜和莫雷在美國克里夫蘭的卡思應用科學學校進行了此次實驗,實驗原理當時看來實在非常巧妙,如下圖:

  當時并沒有激光器,用的是相干光源,通過分光鏡分成兩束,然后通過反射鏡反射回分光鏡,最終回合于檢測平面上,如果在“絕對靜止”的條件下,兩束光在檢測屏上不會留下干涉條紋,但如果相對以太運動,那么將會出現速度差而出現干涉。這個實驗裝置非常巧妙,當然現在已經很常見了,包括LIGO檢測引力波用的也是這個原理。

  邁克爾遜和莫雷實驗結果發現,相對于以太的速度遠小于地球公轉的速度30千米/秒,因為系統仍然存在誤差,當時并不敢判定以太到底是否存在,但實驗傳開后各方都投入了大量的紅拂驗證實驗。

  各位可以發現邁克爾遜最早在1881年就已經獨立測試,那時誤差比較大,但后期其他科學家驗證越來越小,但仍然存在。當時仍然有部分科學家認為地球可能帶著以太一起跑了,不過這個很快就被天文觀測所打臉,因為如果存在地球帶著以太跑這個可能的話,天文觀測早就發現光線的異常傳播現象了。

  當然這里留一個小小的懸念,邁克爾遜-莫雷實驗中的誤差并非全部是誤差。

  光速不變和狹義相對論

  其實在愛因斯坦的狹義相對論之前,我們不得不提兩個人:

  洛侖茲和龐加萊

  1904年,物理學家洛倫茲在論文《以任意小于光速的系統中的電磁現象》提出了著名的洛倫茲變換,用于解釋邁克耳孫-莫雷實驗的結果誤差。他認為運動物體的長度會收縮,并且這個收縮只發生運動方向上。

  引入洛侖茲變換后,邁克爾遜-莫雷實驗中的“誤差”被成功解決。在著名的洛侖茲變換之前的1895年,洛侖茲就提出了長度收縮的假設,并且提出了“本地時”的概念來解釋光行差以及多普勒頻移等,洛侖茲變換概念也于這一年被提出,在1899年修正和1904年再次修正后正式發表。1900年龐加萊認為洛倫茲的本地時是來自不同坐標系之間通過光速進行的時鐘同步,這就是后來愛因斯坦狹義相對論中同時性的相對性的概念。

  當洛倫茲和龐加萊小心翼翼的在通往狹義相對論道路上摸索的時候,愛因斯坦大膽的提出了兩條光速不變和下一相對性原理為基本假設的狹義相對論,當然愛因斯坦并沒有獨占狹義相對論的功勞,他將洛侖茲和龐加萊成為狹義相對論的先驅,愛因斯坦也是站在了巨人的肩膀上!

  這個話題只有一個用處,就是讓我們再次重溫愛因斯坦的偉大,僅此而已。

  光速不變原理是一個假設,完全是愛因斯坦自己想出來的

  1905年,愛因斯坦在瑞士專利局擔任3級審查員,在那個小房子的窗口下,他一口氣于這一年中,完成和發表了5篇論文,其中三篇完全配得上諾獎,當然還包含現代科學之柱之一的狹義相對論和那個文盲都識得E=mc2。

  根據他傳記作者CP.斯諾記載:愛因斯坦“全憑思索,獨自一人,沒有聽取別人的意見就得出了結論。在很大程度上,情況就是這樣。”

  光速不變對當時科學界的意義

  這個簡單的假設以及其簡單的推論E=mc2;解釋了恒星為什么可以燃燒幾十億年而又不把燃料用盡。一下子使得地質學家和天文學家的視界開闊了幾十億年。一下子解決了宇宙性質的核心部分。

  同時,該理論也解決了光以太的問題,說明它并不存在,牛頓的絕對靜止的經典宇宙統治時間結束了,現代科學進入到愛因斯坦相對論統治宇宙的時間。

  相對論的理解至今仍舊困擾大多數人

  相對論中的光速不變,實際內容就是空間和時間不是絕對的,一切都可以為了光速不變而讓步以及做出改變。我們本能的把時間看做永恒的,絕對的,不可改變的。相信什么也改變不了它的步伐。但愛因斯坦認為,時間是可以改變的,不斷變化的。時間甚至還有形狀,一份時間和三份空間結合在一起。不可思議的形成一份“時空”。

  結語

  我還是用CP.斯諾的話來結尾吧:狹義相對論是一項深刻而重要的成就,但是愛因斯坦沒有想到,別人也會想到,很可能在5年之內,這是一件在等著發生的事情。但是,廣義相對論完全是另外一回事,沒有愛因斯坦,我們今天有可能還在等待那個理論!

  感謝愛因斯坦,一牛二愛三麥,絕對實至名歸!

  我是貓先生,感謝閱讀。

  光速不變原理的出現過程有兩條路,第一是愛因斯坦的理論推導,第二是1887年的“邁克爾遜莫雷實驗”

  在牛頓建立經典物理學并取得重大成果后,物理學家們開始相信自己已經掌握了宇宙真理,但以現在的眼光來看牛頓的理論仍然還是建立在弱引力場以及低速狀態下的物理學,所以牛頓理論在解釋“光速”時使用的仍然是低速世界里的“相對速度”觀念。

  就像聲音在空氣這種介質里傳播一樣,牛頓經典物理學里也專門為創造了“以太”這一介質用來傳播光,而且還認為光在“以太”中的傳播速度是不同的(簡單的說古典物理學認為光會和船一樣都會因為“順和逆”而發生速度上的變化)

  1887年美國物理學家邁克爾遜和莫雷準備尋找“以太”存在的證據,他們的切入點是“地球以每秒三十公里的速度在“以太”中飛行,所以光速肯定會產生速度不同現象”,然而干涉儀的測量結果表明光速在任何時候都是每秒三十萬公里,并不會因為地球的運動速度而產生一絲一毫的變化。

  這樣一來原本試圖證明“以太”存在的邁克爾遜莫雷實驗反而證明了“以太”以及靜止參考系的不存在,后來的愛因斯坦之所以能從理論上推導出狹義相對論很大一部分原因也是由于邁克爾遜莫雷實驗所揭示的“光速不變”

  然而光速不變雖然是人類文明認識客觀世界的一大進步,但它也預示著人類在探索宇宙和研究宇宙時的局限性

  由于光速是宇宙中信息傳遞速度的上限,因此光速不可被超越和光速不變意味著人類永遠無法得知宇宙甚至是太陽系的實時狀況,畢竟太陽系內的天體發出或反射的光大都需要幾分鐘才能到達地球。

  除此以外在未來的登陸火星以及探索太陽系邊緣的任務中,地球世界與任務宇航員們的通信時差將達到半個小時甚至更長。

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