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愛因史坦提出的——光速不變原理是什麽?

2024-01-15科學

假設你現在站在地面上保持不動,然後向你的正前方投球,球的速度為u。然後再以v的速度向前奔跑,借著跑步之勢向前投球。那麽,在坐著觀看的人看來,此時球的速度應該是u+v。

這個規則通常也被稱為「速度合成定理」,其實就是一種常識性的速度加法規則。速度合成定理可分為兩大類:一種是如上剛剛描述的這類情況,另一種請允許我接下來舉例說明。

假設你站在湖邊,將手伸入水中掀起浪花,這時水波在平靜的湖面上不斷向外擴散,它的速度為u。然後同樣在這個湖裏,你以v的速度向前劃船,試問此時船的運動引起的波浪在湖面上擴散的速度是多少?對,依然是u。速度的合成定理中,另外一種型別是速度不疊加的情況。一般來講,水波的擴散速度是由水的密度和表面張力所決定的,而與波源的運動狀態無關。

那麽,請問光速是屬於速度合成定理中的哪一種型別呢?

依據馬克士威的電磁學理論,包含光波在內的電磁波應該屬於第二種型別,即光在真空中傳播的速度與光源的運動狀態無關。

這種說法無法透過前面所講述的愛因史坦的相對性原理進行推導。愛因史坦認為,這種說法屬於能與相對性原理相提並論的第二種原理,即光速不變原理。

這裏所謂的「不變」是指即使光源的運動狀態發生改變,從光源處發射出來的光速也不會因此而發生變化的意思。