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什么是光速不变原理为什么说它推翻了20世纪的科学界

放大字体  缩小字体 2019-12-09 05:05:38  阅读:1969 作者:责任编辑NO。谢兰花0258

光速,信任一切人都知道这个物理学常量,它的速度无比之快,从太阳到地球几亿公里的悠远间隔,光只需求8秒就到了。它又无比的奥秘,科学家们花了几百年的时刻,总算榜首次捕捉到了它的速度。从恩培多克勒到亚里士多德,从伽利略到笛卡尔,继续几百年的猜想和研讨,总算在1676年,丹麦的天文学家奥勒.罗默榜首次测出了光速。

当人们知道光是有速度,可传达的之后,便开端孜孜不断探寻光的实质。

牛顿的“神谕”

在其时科学界,关于光究竟是什么,有两种天壤之别的观念。

一种是以科学界神人,物理学奠基人牛顿爵士为代表的“微粒说”,认为光是一种粒子,就相当于一束光其实是由很多颗特别小的颗粒组成的,不同色彩的光束由不同的粒子组成。

一种是由胡克提出,惠更斯承继的“动摇说”,即认为光是一种波,就像咱们正真看到的水面涟漪,以波的方式在空间中传达。

其时这两种理论,都能完美地解说光的直射、折射等现象,两种观念发作了剧烈的磕碰。可是天平从一开端便是不平衡的,要知道,其时的牛顿不只发现了万有引力,提出了三大规律,奠定了力学之根底,仍是英国皇家学会的会长,在学界具有无与伦比的影响力,具有很多“舔狗”,他的观念就好像“神谕”一般被大部分人所追捧。所以长久以来,学界一向被“微粒说”所统治着。

可是,科学,永久是一门寻求真理的学科,从不会屈服于任何权贵与实力。

“微粒说”很快遭到了一个酷爱杂技的英国医师的应战,托马斯.杨规划出了闻名的双缝干与试验。其实这个试验的原理分外的简略,假定咱们在空中看到了两只飞来飞去的蚊子,它们的轨道相交时并不会彼此发作影响;而假设咱们往水里丢两块石头,当它们发作的波纹彼此挨近时,就会发作干与现象。托马斯.杨设立了两块屏幕,榜首块屏幕上有两条彼此平行的窄缝,光从这两条窄缝中照耀曩昔,打在第二块勘探屏幕上。假设光是一种粒子,那勘探屏幕上应该会观察到两条对应与窄缝尺度的图样。但实际上,勘探屏上显示出一系列亮堂条纹与暗淡条纹相间的图样。

这证明光是有“干与性”的,也就证明了,光,其实是一种波。

后来科学家们又经过“泊松亮斑”,即光的衍射现象,再一次证明了光的动摇性,至此,微粒说暂时退出了人们的视野。

可是更大的问题来了,依据经典力学理论,物质的传达需求介质。比方声波,就依赖于空气或许其他实体才干进行传达,空气是无处不在,所以咱们才干随时随地听到不同的声响。这儿,本少女也来打破咱们常见的一个常识误区,不像科幻小说里有着各种热情汹涌地特效音,实在的太空其实是无声的,因为在真空环境下,声响找不到传达的途径。

那么,光,这种奇特的波,是由什么来传达的呢?其时的科学界,共同认为这东西是:以太。

“以太”和光速不变准则

假设要细数科学史上最浪漫,最奥秘的存在,那“以太”必定是排名首位的,这是一个结合了神话与科学,美感与理性共存的物质。最早诞生于古希腊时期,由哲学家亚里士多德提出,以太被认为是物质元素的一种。国际除了是由水、火、气、土组成之外,还有一种居于天空上层的物质:以太。

以太无所不在,包罗万象,充溢了国际空间,是一种充溢美感的神造之物。

当科学界总算发现光的动摇特性,一切人都开端寻觅光的传达介质:一种无所不在,无法发觉,永久存在于太空中的物质,那不便是以太嘛!至此,以太成为了物理学界的宠儿。

可是,现实再一次证明,除了真理,科学不会向任何人垂头。

因为以太过于奥秘的特质,证明它的存在,就成了很多科学家们寻求的方针,迈克尔孙和莫雷也是其间的两个。

他们提出了一个有意思的假定,假设光的传达介质是以太,且以太充盈着整个国际,那么当地球以每秒30公里的速度绕着太阳公转,它必然会遇到每秒30公里“以太风”迎面吹来。那么光速也会因为地球运转的方向而发作显着的改变,就像人在无风的环境中跑步也能感遭到风相同,而当咱们顺风、逆风、侧风跑的时分,身体的感触会大不相同。所以这两个科学家规划出了一个很聪明的试验,他们将两束光线彼此笔直射出,经过镜片将其回来光源,依据以太理论,两束光的传达速度应该不相同,假定其间一道光是沿着地球方向运动的,那另一道光必定和地球运动所形成的“以太风”呈90度,也便是说一道光是顺风而行,一道光是侧风而行,这两道光的速度必定是不相同的。

可是,试验成果简略而充溢美感,那便是没有成果。

不管是笔直,相交,斜射,不管丈量的仪器再精细,试验再谨慎,成果都是相同,光速稳定不变!

光速不变准则极大地震动了学术界,这直接证明了以太是不存在的,这使得“光”愈加地奥秘起来,它是波,而以太又不存在,那它是怎么传达的呢?

电磁学“诸神之战”

在这边张狂测验以太的时分,电磁学范畴早已捷报频传。

自从1819年,物理学家奥斯特无意中发现,通电导线周围的小磁针会发作偏转以来,科学家们开端逐渐对电磁力有了认知。很快,电磁学界迎来了两位天才,一个是试验大师法拉第,还有一个是公式之神麦克斯韦。

首要,法拉第打破了人们关于牛顿经典力学的执着,他发现了电磁感应规律。信任咱们上物理课的时分,都从前被“受力剖析”这个大boss所摧残,物理教师苦口婆心地着重方向相反,相反,相反,但年幼无知的我仍旧会画错......不过“相反”两个字完美地表现了经典力学的特色,受力和发力方向永久相反。可是电磁力却不同,法拉第发现,电流对磁铁发作的力,并非沿着导线和磁针的衔接方向,而是笔直与这个方向,使得人们开端考虑,或许牛顿力学并不意味这一切。更重要的是,1846年,法拉第发现,光的偏振面会在磁场中发作偏转,简而言之便是,光好像与电磁学有着说不清道不明的联系。

可是因为法拉第年幼就停学,尽管很会做试验,可是理论常识仍是技不如人,没能揣度出理论方程。

而他的学生:麦克斯韦,接过来教师传递过来的火炬。

19国际众业,麦克斯韦推倒出了传奇性的麦克斯韦方程组,揣度出了“电磁波”的存在,而且斗胆地猜想,光,便是一种电磁波。1888年,另一位电磁学的重要任务赫兹,在试验室里验证了麦克斯韦理论,至此证明,光,其实是一种电磁波,而电磁波的传达不需求任何介质。

光的二重性和相对论

你认为故事到这儿就算完毕了吗?不,太单纯了。

真理历来都不是肯定的,人们关于真理也从未停下探究的脚步。

在赫兹证明光是一种电磁波的一起,他还发现,光具有粒子性。

光照在不同金属表面,发现的反响并不相同,在其时并没有正真取得回答。终究,处理这一切争辩的神人,爱因斯坦登上了舞台。

1905年,这一年被称为“爱因斯坦奇观年”,他在这一年接连宣布了五篇论文,一篇提出了相对论,一篇奠定了核武器的根底,也便是E=MC^2,还有两篇评论了原子论和布朗运动,而终究一篇,也是让他终究取得了诺贝尔奖的一篇,便是评论:光电效应,即光,又具有粒子的特征,又具有光波的特征,所以光具有“波粒二重性”。

至此,一切的争辩才终究落下帷幕。可是跟着时下人们研讨的脚步不断深入,科学家是否会有更多新发现和理论,本少女拭目而待~

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