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背景
伽利略變換與電磁學理論的不自洽
到19世紀末,以
麥克斯韋方程組
為核心的經典電磁理論的正確性已被大量實驗所證實,但麥克斯韋方程組
在經典力學的伽利略變換
下不具有協變性
。而經典力學中的相對性原理
則要求一切物理規律在伽利略變換
下都具有協變性。以太假說
為解決這一矛盾,物理學家提出了“
以太假說
”,即放棄相對性原理
,認為麥克斯韋方程組只對一個絕對參考系(以太)成立。根據這一假說,由麥克斯韋方程組計算得到的真空光速是相對於絕對參考系(以太)的速度;在相對於“以太”運動的參考系中,光速具有不同的數值。實驗的結果——零結果
但
斐索實驗
和邁克耳孫-莫雷實驗
表明光速與參考系的運動無關。該實驗結果否定了以太
假說,表明相對性原理的正確性。洛倫茲
把伽利略變換修改為洛倫茲變換
,在洛倫茲變換下,麥克斯韋方程組具有相對性原理所要求的協變性。洛倫茲的假說解決了上述矛盾,但他不能對洛倫茲變換的物理本質做出合理的解釋。隨後數學家龐加萊
猜測洛倫茲變換和時空性質有關。愛因斯坦的狹義相對論愛因斯坦意識到
伽利略變換
實際上是牛頓經典時空觀的體現,如果承認“真空光速獨立於參考系”這一實驗事實為基本原理,可以建立起一種新的時空觀(相對論時空觀)。在這一時空觀下,由相對性原理
即可匯出洛倫茲變換
。1905年,愛因斯坦發表論文《論動體的電動力學》,建立狹義相對論,成功描述了在亞光速領域宏觀物體的運動。
不是,這句話需要有前提的,單單這麼說是不準確的。宇宙膨脹的速度超過了光速,因此導致我們可觀測的宇宙只是宇宙的一小部分。