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爱因斯坦提出的——光速不变原理是什么?

2024-01-15科学

假设你现在站在地面上保持不动,然后向你的正前方投球,球的速度为u。然后再以v的速度向前奔跑,借着跑步之势向前投球。那么,在坐着观看的人看来,此时球的速度应该是u+v。

这个规则通常也被称为「速度合成定理」,其实就是一种常识性的速度加法规则。速度合成定理可分为两大类:一种是如上刚刚描述的这类情况,另一种请允许我接下来举例说明。

假设你站在湖边,将手伸入水中掀起浪花,这时水波在平静的湖面上不断向外扩散,它的速度为u。然后同样在这个湖里,你以v的速度向前划船,试问此时船的运动引起的波浪在湖面上扩散的速度是多少?对,依然是u。速度的合成定理中,另外一种类型是速度不叠加的情况。一般来讲,水波的扩散速度是由水的密度和表面张力所决定的,而与波源的运动状态无关。

那么,请问光速是属于速度合成定理中的哪一种类型呢?

依据麦克斯韦的电磁学理论,包含光波在内的电磁波应该属于第二种类型,即光在真空中传播的速度与光源的运动状态无关。

这种说法无法通过前面所讲述的爱因斯坦的相对性原理进行推导。爱因斯坦认为,这种说法属于能与相对性原理相提并论的第二种原理,即光速不变原理。

这里所谓的「不变」是指即使光源的运动状态发生改变,从光源处发射出来的光速也不会因此而发生变化的意思。