物理之美part2--狭义相对论下的麦克斯韦方程组

2018-09-13 23:05 作者:小大圣 0人读过 | 我要投稿

引言

上回书说到，这个麦克斯韦列了一个方程组，能描述电磁学全部的现象，终结了整个经典电磁学大厦的建造。并且，麦克斯韦预言光是一种电磁波，以≈3×10^8 m/s的速度传播。但是呢，这就有一个问题了。当时人们的眼中啊，是伽利略时空观。怎么说呢，就是变换参考系时，速度满足叠加原理，而且，时间和空间本身是不变的。

所以说呢，光在哪个参考系下的速度是≈3×10^8 m/s呢？当时人们的眼中，只要是波就一定有介质对吧，那就把电磁波的传播介质命名为以太（Ether）。那这个光速的问题就只能解释成，存在一个特殊的参考系，在这个参考系下以太是静止的。那就好办了，我们测一下地球相对于以太的飞行速度，手段也好办，一束光来回运动测来回的速度差就好了。人们设计了多种实验，其中最有名的就是迈克尔逊-莫雷实验了。1887年，迈克尔逊（Michelson）与莫雷（Morley）设计了著名的迈克尔逊干涉仪，测量两个垂直方向上反射回来的光行程之差。但是出乎人们意料的是，实验不仅得到了零结果，而且在不同地点、不同时间的很多次实验，比如一年中叠加了不同方向的地球公转速度之后，结果都是零。

于是，物理学家们开始思考是否是绝对时空论有问题。这便是19世纪物理学的两朵乌云之一。

本章所需前置知识：线性代数（至少知道矩阵乘法就够了），一些初等的复数，没有太多的数学基础，当然知道群论之类的概念会更好。