李奇维看着众人吃惊的表情,就知道很多人并不理解什么意思。
于是,他继续说道:“我举个例子。”
“假设一个人开车以100公里/小时的速度,从A到B;然后再以50公里/小时的速度,从B返回A。”
“那么这个人的平均速度是多少?”
“根据平均速度公式,我们很容易得出是66.67公里/小时。”
“计算过程很简单,大家拿笔验证一下就行,我就不在黑板上写了。”
“那么问题就来了。”
“光速很可能也是这种情况,所谓的30万公里/每秒,只是一个往返平均速度。”
“也许光从A到B是100万公里/每秒,从B到A是17.65万公里/每秒。”
“这样计算下来,平均速度也是30万公里每秒。”
“我们不知道光速真正的单向速度是多少。”
“甚至可以说,它是任意数值,只要保证平均速度是30万公里/每秒即可。”
轰!
李奇维解释完后,所有人才明白什么意思。
然而明白后,他们更懵逼了。
这简直和天方夜谭一样。
光速竟然还没有被真正测量出来过?
还有比这更匪夷所思的事情吗?
为啥光速这么奇特,为什么不能直接用单向速度,而是非要用平均速度呢。
不少人实在忍不住,七嘴八舌地提问。
“布鲁斯教授,那为什么物理学家们不测量光的单向速度呢?”
“既然都能测量平均速度,应该也能测量单向速度吧?”
面对众人的疑问,李奇维摇摇头,说道:“测不出来。”
“我们不可能测出光的单向速度。”
“我在狭义相对论中明确地写道:光速恒定只是一个假设,无法通过实验验证。”
“而且我约定了光速在空间各个方向上的传播速度是一样的。”
“只有这样,才能保证【同时性】具有有效性。”
“所以,我用的光速是平均速度,而不是单向速度。”
轰!
这一下众人彻底被震惊的说不出话了。
大名鼎鼎的物理学第一天才,竟然说测不出光的单向速度。
不少人的三观已经崩塌。
迈克尔逊看着李奇维,不断地叹气。
就连密立根也不清楚到底是什么回事。
至于其他的物理学家们,和在场的学生差不多,完全不知道怎么回事。
迈克尔逊似是回忆地说道:“1849年,法国物理学家菲佐,采用齿轮法第一次比较精准地测量出了光速。”
“他的实验非常巧妙。”
“菲佐在相距很远的两处,分别放了一个反射镜和发光器,而发光器的前面有一个齿轮。”
“当光通过转动的齿轮后,达到反射镜,然后又穿过齿轮。”
“只要齿轮的转速合适,光在通过反射镜回来后,会正好被齿轮的齿挡住。”
“这时观察者就看不见光线了。”
“那么通过齿轮的转速、齿数、光走过的路程,就能很容易地计算出光速。”
“菲佐测量出的光速是315000千米/每秒。”
“这和现在的测出的精确光速已经非常接近了。”
“然而,你们应该发现了,菲佐的方法测量出的依然是光的平均速度,而不是单向速度。”
“哪怕到现在,我们也无法测出光的单向速度。”
“不是不想测,而是布鲁斯的狭义相对论,让我们从原理上就没法测。”
“这一切,可都得怪布鲁斯啊。”
迈克尔逊以为自己说的很明白,因为他对狭义相对论研究的非常深入。
但是密立根等人仍然听的一脸懵逼。
这时,很多学生们也忍不住追问:“布鲁斯教授,为什么测量不出光的单向速度啊。”
李奇维微微一笑。
第256章 测量单向光速的悖论
光,这个自然界最神奇的现象之一。
自从物理学诞生以来,物理学家们对于光的研究从来没有停止过。
微粒说、波动说、棱镜分光、泊松衍射、双缝干涉.
甚至还有李奇维的波粒二象性。当然这个性质目前还没有被承认,因为无法验证。
物理学家可以勉强接受光量子假说,但还无法接受波粒二象性。
但无论如何,人们认为对于光的本质研究已经非常深入了。
不仅仅是物理学家们,就连学生们也是如此觉得。
蜡烛小孔成像他们算的可是比谁都快。
然而今天,李奇维的问题让所有人彻底破防了。
原来我们只是自以为了解的很深,到头来却连最基本的光速都没有搞清楚。
这简直让人匪夷所思。
面对众人的疑惑和不敢置信,李奇维说道:
“我相信很多人都想不明白,为什么我们无法测出光的单向速度。”
“想要理解这一点,就需要对我的狭义相对论有深刻的理解。”
“大家不要光盯着质能方程,那个东西没什么用,只是一种转换关系而已。”
李奇维不留痕迹地放了一个烟雾弹,淡化众人对于质能方程的关注程度。
“狭义相对论真正的核心,是光速和时空。”
“我们想要测量光的单向速度,就必须同步时钟。”
“而要同步时钟,就必须先知道光的单向速度,这就形成了一悖论。”
“这也是为何我要在狭义相对论中,假定光在各方向的传播速度是一样的原因。”
台下众人依然听的一头雾水,完全不理解。
“好,那我举个例子。”
“假设有一个光源,它向10公里外的地方发射了一束光线。”
“在发射的瞬间,光源旁边的计时器开始计时,当光到达终点后,计时器停止计时。”
“那么单向光速就是路程除以时间。”
“但是问题来了。”
“计时器或者观察者,要如何知道光到达终点了呢?”
“哈勃会说,可以在终点处再安装一个计时器。”
“当这个计时器检测到发来的激光时,便停止计时。”
“想法很好,但这又会产生一个新问题。”
“你要如何保证两个计时器是同步的呢?”
“终点处的计时器,它怎么知道起点处的计时器已经启动,光已经被发射了呢?”
“哈勃不死心,接着说,可以用电线把两个计时器连接起来,直接打电话通知。”
“想法很好,但是我的狭义相对论已经证明了,信息的传递速度不可能超过光速。”
“电话的传播再快,它也不可能超过光速。”
“假设电话的速度就是光速,那它和光到达终点的时间是一样的。”
“都是我们要测量的未知量。”
“因此这个办法也不可行。”
“哈勃又运转了他的天才头脑,提出可以把两个计时器先放在一起同步好。”
“然后呢,再把其中一个计时器运送到终点处。”
“这样,就可以不用通知终点的计时器了,因为它们本来就是同步的。”
“然而,这又会产生一个新的问题。”
“因为根据狭义相对论,运送的计时器会发生时间膨胀效应。”
“到达终点后,两个计时器又不同步了。”
“以上。”
“所以,在理论上,我们就无法测出单向光速。”
“光就像一个幽灵一样,它的一切都非常神秘。”
“或许它有着自我意识,高兴了就跑的快一点,不高兴了就跑的慢一点。”
“但是宇宙真理又束缚着它,让它不要过于随心所欲,必须把平均速度定在30万公里/每秒。”
“不然的话,也许我们整个世界都会崩塌了。”
“不过大家也不要担心,虽然我们不知道光的单向速度,但至少从目前看,对物理学还没有什么影响。”
“能测量出平均速度就足够了。”
静!
当李奇维说完测量单向光速的悖论后,礼堂内陷入了鸦雀无声般的寂静。