為何光速絕對(duì)不變？如果光速是可變的，物理學(xué)將一夜回到400年前

光速不變?cè)恚仟M義相對(duì)論的基本假設(shè)之一，這個(gè)原理其實(shí)也是公理，無需證明，也沒有辦法徹底證明。但光速不變絕非“拍腦袋”臆想出來的假設(shè)，是基于麥克斯韋方程組和大量實(shí)驗(yàn)觀察提出來的假設(shè)。

就像“兩點(diǎn)之間線段最短”一樣也是公理，這個(gè)公理也無需證明，它符人們的日常認(rèn)知，如果真想證明，你根本無法證明，因?yàn)閮牲c(diǎn)之間的距離有無窮多個(gè)，理論上你需要把這無窮多個(gè)距離與直線的距離都做比較，才能證明，這顯然是不可能完成的。

光速不變?cè)硪彩侨绱耍?span search-type="3" search-href="newsapp://nc/search?entry=articleKeyword&word=%E7%88%B1%E5%9B%A0%E6%96%AF%E5%9D%A6">愛因斯坦一開始通過麥克斯韋方程組發(fā)現(xiàn)光速是絕對(duì)的，在任何參照系下都保持不變，之后科學(xué)家們的大量實(shí)驗(yàn)也證明了這點(diǎn)。當(dāng)然我們很難在日常生活中直觀地感受到光速不變，因?yàn)楣馑賹?shí)在太快了。

光速不變?cè)砭褪仟M義相對(duì)論的根基，如果光速是可變的，意味著狹義相對(duì)論也是錯(cuò)的，而相對(duì)是是現(xiàn)代物理學(xué)大廈的基石，這同時(shí)意味著現(xiàn)代物理學(xué)大廈將轟然倒塌，物理學(xué)獎(jiǎng)一夜回到400年前，回到牛頓和伽利略之前。

說白了，光速就是四維時(shí)空的固有屬性，只與四維時(shí)空有關(guān)，是人們理解時(shí)間，空間和能量的一把鑰匙。這樣說一點(diǎn)也不過分，毫不夸張地說，人類科學(xué)的發(fā)展過程， 其實(shí)就是對(duì)光研究的過程。

具體是怎樣的過程呢？說來話長(zhǎng)，這里就挑重點(diǎn)的說，從麥克斯韋的電磁理論開始說。

19世紀(jì)，麥克斯韋提出了偉大的麥克斯韋方程組，堪稱人類歷史上最偉大的方程，從而統(tǒng)一了電磁學(xué)。

這個(gè)方程組讓當(dāng)時(shí)的物理學(xué)界驚呼“世界上竟然有如此優(yōu)美的方程”。不過麥克斯韋方程組推導(dǎo)出來的電磁波速度，也就是光速，竟然是一個(gè)常數(shù)。光速的計(jì)算公式中，只與真空的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)有關(guān)，并沒有任何參照系。

當(dāng)時(shí)的物理學(xué)界對(duì)此大為不解。因?yàn)樵谌藗兊膫鹘y(tǒng)認(rèn)知里，任何速度都是相對(duì)的，都必須有參照系才有意義，那么光速的參照系又是什么呢？

物理學(xué)家們開始通過各種方式為光速尋找參照系，他們不允許一個(gè)沒有參照系的速度，如果真的有這樣的速度，意味著牛頓經(jīng)典力學(xué)將是錯(cuò)誤的，無論如何他們都不能接受這點(diǎn)，因?yàn)榕ｎD經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)統(tǒng)治了物理學(xué)界幾百年時(shí)間了，物理學(xué)家們?cè)缇鸵暸ｎD經(jīng)典力學(xué)為“神明”了！

物理學(xué)家們首先做了很多實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證光速在不同的參照系是否真的保持不變，結(jié)果都指向了光速的絕對(duì)性。，比如說著名的邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)，表明假設(shè)的絕對(duì)參照系“以太”并不存在。

即便是邁克爾遜和莫雷本人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也一度持懷疑態(tài)度，這并不是他們想要的結(jié)果，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果非常不符合他們的預(yù)期，他們一度懷疑是不是實(shí)驗(yàn)不夠精確，是不是實(shí)驗(yàn)儀器受到的干擾，造成了錯(cuò)誤的結(jié)果。

但多次實(shí)驗(yàn)過后，結(jié)果仍舊是一樣的。也有其他物理學(xué)家做了類似的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果都表明光速不變。

麥克斯韋方程組推導(dǎo)出來的光速計(jì)算公式，還有后來的很多實(shí)驗(yàn)讓物理學(xué)家們徹底瘋了，他們很難接受光速的絕對(duì)性，因?yàn)槟且馕吨ｎD經(jīng)典力學(xué)的轟然倒塌，但一次又一次的實(shí)驗(yàn)恰恰指向了光速的絕對(duì)不變，表明“以太”這個(gè)光速的參照系是不存在的。

況且，如果真的存在絕對(duì)靜止的參照系“以太”，意味著萬事萬物相對(duì)于以太都是靜止的，實(shí)際上如果真的如此的話，物理學(xué)早就崩盤了，在伽利略之前就崩潰了！

伽利略認(rèn)為勻速運(yùn)動(dòng)和靜止是等效的，簡(jiǎn)單說，如果你不能感受外部世界，就不會(huì)感受到相對(duì)性，那么你就不能辨別自己在運(yùn)動(dòng)還是靜止。而如果萬物相對(duì)以太絕對(duì)靜止，說明勻速運(yùn)動(dòng)和靜止就不是等效的。

以太，就像“緊箍咒”一樣，死死地鎖住了物理學(xué)大佬們的思維，讓他們很難突破牛頓經(jīng)典力學(xué)的束縛。這也很正常，畢竟牛頓力學(xué)統(tǒng)治了物理學(xué)界幾百年了，豈能是說推翻就推翻的？

就在大家不知所措，一籌莫展，不斷為“以太”的存在尋找各種借口的時(shí)候，愛因斯坦憑借他那顛覆性的思維，直接用“奧卡姆剃刀”把以太“咔嚓”了，因?yàn)椤皧W卡姆剃刀原理”的基本理念就是“如無必要勿增實(shí)體”，以太本來就是假設(shè)的概念，更很重要的是在之后的各種實(shí)驗(yàn)中，都證明以太并不存在，更具有諷刺以意味的是，以太的存在不但不能解決光速不變的問題，反而帶來很多其他問題，很顯然以太就是“無用的累贅”！

徹底放棄以太的概念之后，愛因斯坦終于捅破了通向相對(duì)論的最后一層“窗戶紙”，基于光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理，狹義相對(duì)論呼之欲出。

實(shí)際上，在愛因斯坦之前，洛倫茲和龐加萊等大佬都已經(jīng)無限接近狹義相對(duì)論了，只不過他們始終擁抱著“絕對(duì)時(shí)空觀”的觀念，結(jié)果與狹義相對(duì)論失之交臂！

總之，光速不變?cè)缫呀?jīng)成為現(xiàn)代物理學(xué)的基本原理之一。如果光速是可變的，人類已知的所有物理定律幾乎都會(huì)失效，因?yàn)楹芏辔锢砉街卸加泄馑龠@個(gè)參數(shù)。

光速為什么不變？通俗理解，文章開頭也說了，光速就是四維時(shí)空的內(nèi)在秉性，只與時(shí)空本身有關(guān)。光也是一種波，它并不是不需要介質(zhì)，光的介質(zhì)就是四維時(shí)空本身。