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因為它是一個物理常數,獨立於我們的知識和理解而存在。但是,這樣一個簡單的答案並不適合,太像一個平庸的“上帝對一切的意志”。好奇心折磨著人們,常常導致矛盾的結論。這一結論的一個突出例子是阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)提出的狹義相對論。她的預測與直覺相反,但是地球也是一個球,我們認為它相對平坦。

有必要弄清楚這個問題的來歷以及正確答案為什麼如此重要。畢竟,儘管有可用的實驗證據,它的真相仍引起持續不斷的激烈辯論。答案需要一個前言。

問題的歷史

直到19世紀中葉,物理學一直由發光的醚理論主導,該理論由雷內·笛卡爾(Rene Descartes)提出,並在麥克斯韋(Maxwell)的電磁理論框架內得到證實。還有其他關於醚的假設,但是所有這些都以一種或另一種方式描述了一個三維空間,裡面充滿了某種帶有光和其他電磁波的物質。他們試圖透過牛頓定律來解釋其行為,並在更改座標系時應用了伽利略變換。

假定光速遵循相同的規則,儘管速度很高。1881年,當邁克爾遜和莫利試圖衡量時,一切都改變了。事實證明,光速不取決於地球運動的方向。這一結果破壞了以太坊的根源理論,實驗者得出結論認為這是不一致的。

他們不相信他們,並多次重複實驗,以澄清獲得的資料。為此,1964年,氦氖鐳射器被用作光源,然後是光學低溫諧振器,其測量精度為1至-16度。結果再次證實了在任何外部影響下光速的恆定性。因此,邁克爾遜當之無愧地獲得了1907年的諾貝爾物理學獎。

洛倫茲變換

傑出的荷蘭物理學家亨德里克·安東·洛倫茲(Hendrik Anton Lorenz)對以太理論進行了多年研究,在他的研究過程中,有必要引入“本地時間”的概念,以用於靜止的以太運動系統。他本人認為派生公式是中間的,但他收到了與伽利略公式不同的新公式,以進行速度轉換。

假定該理論​僅適用於電磁波。洛倫茲不敢邁出最後一步,將自己的假設擴充套件到有質量的物體上。儘管如此,他還是於1902年獲得了諾貝爾物理學獎。

狹義相對論

因此,已經證明光在真空中以299 792 458 m / s的速度傳播,並且不依賴於光源或參考系的速度。1905年,阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)將這種不變性作為其理論的假設之一,從中排除了發光醚。這帶來了革命性的後果。

假定質量和能量相等

這個公式甚至被遠離物理學的人所熟知。但這僅在速度遠低於光速的情況下才是正確的。一旦物體的速度與其相稱,所謂的洛倫茲因子into就應運而生了。

其中v是物體的速度,c是光速。在牛頓力學處理的低速下,該係數接近1,可以忽略不計精度。但是當V接近C時,其值呈指數增長,如下圖所示。

現在的公式如下所示:

我們看到,要實現具有惰性質量的材料主體的光速,就需要無限量的能量。這就是為什麼不能超過光速的原因。

即使是在歐洲核子研究中心的大型強子對撞機上工作的科學家也無法將質子加速到光速,儘管他們接近了。結果是發現了“上帝粒子”,希格斯玻色子,它負責存在大量物體。

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