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狭义相对论的“奠基人”—洛伦兹,诠释了物质不可能超越光速!

发布时间:2018-10-31 15:20:14  作者:宇宙探索  来源:宇宙探索  阅读:322

    狭义相对论的“奠基人”—洛伦兹,诠释了物质不可能超越光速!
      亨德里克·安东·洛伦兹
      说到洛伦兹这哥们,学过高中电磁学的同学首先会想到洛伦兹力,也就是带电粒子在磁场中受力。和我们所看到大部分小说一样,主人公都有着悲惨的童年,我们的主人公洛伦兹在8岁的时候母亲就去世了,第二年父亲娶了一个后妈。仍和小说一样,总有一个人抚慰主人公的心灵,洛伦兹的继母就好似如此,洛伦兹为了纪念自己的继母,甚至将他的第一个女儿取了他继母的名——卢贝塔。由于继母的疏导和关怀,洛伦兹走出了阴影并从小就表现出浓厚的物理兴趣,并且得到了许多科普作者的帮助,虽然这些科普作者在当时并没有什么名气,但这些科普作家无一不是牛顿力学的簇拥者,这也对洛伦兹产生了潜移默化的影响。洛伦兹研究生和博士阶段一直在研究光学问题,这在当时都是最前沿的领域。洛伦兹的博士论文是《论光反射和折射理论》,其解释了麦克斯韦电磁理论。洛伦兹这个人很矛盾,他既坚定牛顿力学的正确性,又认同麦克斯韦电磁理论。在当时看来,麦克斯韦电磁理论得出的真空中的光速不变原理和牛顿力学是格格不入的。而洛伦兹的价值观也注定他做的工作只会作为牛顿力学和麦克斯韦电磁理论的调解者!
      当时迈克尔逊—莫雷实验已经否认了以太的存在,可是洛仑兹作为坚定的经典力学簇拥者,他可是不会那么轻易放弃的。如果放弃了以太论,那么牛顿力学和麦克斯韦电磁理论就完全没有调和的余地了。洛伦兹只是把真空中的光速视为光在静止以太中传播的特殊情况,他只是具体问题具体解决。在洛伦兹心中,只要对这个问题(真空的光速不变)稍加修改,牛顿力学依旧是那么地完美。
      在洛伦兹看来:牛顿力学对物体的运动首先要选取一个参考系。那什么是参考系呢?通俗点说,参考系是参照物和坐标系的统称,我们在这里可以简单地把参考系理解为参照物。在生活中你要判断一个物体到底是运动的还是静止的,起码要选择一个参照物作为对比。你开车自驾游,你相对于公路上的路标就是运动的,这是因为你把路标作为了参照物;可如果你把车窗作为参照物,那么你就是静止的。参考系又分为惯性参考系和非惯性参考系。简单理解惯性参考系就是依靠惯性运动的物体建立的坐标系,它要么是静止的,要么是匀速直线运动的。所以两个匀速运动的物体就是彼此的惯性参考系。而非惯性参考系就是相对于惯性系做变速运动的参考系。两个物体之间做对比,只要其中一个相对于另一个物体是非匀速运动但不静止状态(其实就是加速状态),那么其中一个物体都可以视为另一物体的非惯性参考系。
      我们现在从具体的生活出发,就会更切贴的了解惯性系之间的规律。如果在高速公路上,交警发现一个车辆逃逸(速度大于120km/h)。但是逃逸车一直的拼命逃亡,丝毫没有停下来的意思。这时候交警就开车追他,交警把车速开到了120km/h,当然这是追不上逃逸车的,但是警车可以开启车载雷达,测量出逃逸车的速度。得到逃逸车的速度是150km/h,那么警车和逃逸车之间就有30km/h的速度差,我们就可以得出警车和逃逸车之间随着时间的距离变化公式。
      警车和逃逸车的距离H=起始距离差+30km/h乘以时间。这个公式是不是看起来很简单,如果我要是换一个术语形容它,那么你就立马感觉到高大上,这个术语就是伽利略变换。
      牛顿运动学的基础就是建立在伽利略变换上的。事实上伽利略变换只适用于两个相对匀速运动的物体之间,如果逃逸车一直在加速,那么伽利略变换就不能用了!
      倘若我们让警车和逃逸车匀速地背道而驰,那么按照伽利略变换,这时候警车和逃逸车之间的相对速度就是警车的速度加上逃逸车的速度。假设警车和逃逸车都开了挂,彼此相对于地面都开到了光速的60%的速度,那么按照伽利略变换,从警车中测量出的逃逸车的速度就是光速的1.2倍。可是按照麦克斯韦电磁理论来说,真空中的光速才是最快的光速并且是固定的,那么光速的1.2倍就不可能存在!按照伽利略变换的理解:警车雷达发出的电磁波(光就是电磁波)也追不上逃逸车,那么事实上警车就无法测出逃逸车的速度。而伽利略变换理论上却可以得出逃逸车是1.2倍的光速,但具体测量却无法实践,这就是一个很大的矛盾!
    狭义相对论的“奠基人”—洛伦兹,诠释了物质不可能超越光速!
      爱因斯坦和洛伦兹
      洛伦兹一看,这可不行,我的使命就是调解这两者的矛盾,于是他老人家亲自上场。洛伦兹认为既然真空中的光速是恒定的,那么我就把这个原则加到伽利略变换中。之前的伽利略变换对速度没有上限规定,理论上两个物体之间的速度叠加一下就可以轻轻松松的超光速。当洛伦兹把光速极限代入到了伽利略变换中,就相当给伽利略变换加上了光速极限的紧箍咒。他老人家说我不管你怎么测量,反正光速就是极限,是不能超越的。