上一講我們說到，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，光速在任意坐標(biāo)系下都是一樣的。換句話說，不管你是在葛優(yōu)躺，還是在超音速飛機(jī)上，或者是在接近光速的飛船上看一束光，不管從哪個角度，什么方向上看，光速永遠(yuǎn)都是一樣的。
如果，你對這句話還不覺得太震撼，我再換個說法，如果你是在高速地運動，為了“使”你看到光速是一樣的，你的時間會變慢。你感受不到任何的不同，但是你的時間和別人已經(jīng)是完全不同的了。再換句話說，以前神話里說的天上一日，地上一年是可以確有其事的。
這是怎么回事，太違反我們的日常直覺了。這種想法，是怎么產(chǎn)生的呢，這一講，我們來準(zhǔn)本溯源，看看物理學(xué)家們是如何一步步發(fā)現(xiàn)這些結(jié)論的。
要說明白這個問題，我們得先放下愛因斯坦，講講另一個物理學(xué)界的大牛，英國物理學(xué)家，抱歉不是牛頓，是詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。這個人，我感覺，在普通人里知名度一般般，物理學(xué)課里面講到過，但是遠(yuǎn)沒有牛頓，愛因斯坦有名，甚至不如近代的霍金，楊振寧。但要論在物理學(xué)家心目中的地位，麥克斯韋絕對是總統(tǒng)山級別的人物。甚至用原本就是物理學(xué)家的萬維鋼的話說，只是介紹一下他的這項工作，就能感到莫大的榮幸。
這項工作，就是大名鼎鼎的麥克斯韋方程組。這個方程組到底說了什么呢？這就要說到一點點電磁學(xué)的知識了。我保證，下列內(nèi)容一點也不難懂，甚至感覺有點太小兒科了。
先來理解“電”的概念。電是電荷之間的相互作用。電荷就包括帶負(fù)電的電子，帶正電的離子等等。正電荷和負(fù)電荷同性相斥，異性相吸。
“磁”則是來源于電。電荷的運動產(chǎn)生磁。一段導(dǎo)體中有電流，他周圍就有磁性。平時看到的磁鐵，也就是里面的原子整齊地排列，然后周圍電子的運動帶來的磁力。
在電和磁中間，還有個過渡產(chǎn)物，叫做“場”。電荷之間的吸引力和排斥力并不是隔空感受到的，他有個中間的橋梁，那就是場。每個電荷周圍都會產(chǎn)生“電場”，電荷并不直接和電荷發(fā)生相互作用，而是和電場相互作用。
同理，磁力也是通過磁場為媒介產(chǎn)生的。而所有的電場和磁場重疊在一起，就形成了一個總的電磁場，每個帶電的物質(zhì)，就根據(jù)自己和電磁場的關(guān)系，決定自己的運動方式。
總結(jié)完畢，就是這些了。
然后，大神麥克斯韋出場了。他大筆一揮，把*所有的*電磁現(xiàn)象用四個式子就完全描述了。他們無非就是——
這是什么鬼畫符，別急，我用人話翻譯一下。
第一條說的是，電荷產(chǎn)生電場。第二條說的是，沒有磁荷。第三條說的是變化的磁場能產(chǎn)生電場。第四條右邊第一項也很簡單：電流產(chǎn)生磁場。重點是后面的第二項。
麥克斯韋考慮到電和磁應(yīng)該是有某種對偶關(guān)系的，也就是說，變化的磁場能產(chǎn)生電場，那變化的電場也應(yīng)該能產(chǎn)生磁場。同時為了讓式子兩邊的電荷數(shù)能守恒，就有了第四條右邊第二項了。
后來，人們不斷地用實驗證明了這個理論的正確性。
于是，你可以看到，電和磁某種程度上是一回事，電可以產(chǎn)生磁，磁也可以產(chǎn)生電。于是我們可以弄一個線圈弄出一個周期震蕩的電流，然后就可以電生磁，磁生電一直往下傳播下去，這就是大名鼎鼎的“電磁波”。
然后，利用麥克斯韋方程組，可以直接計算電磁波[TM1] 的速度，發(fā)現(xiàn)和光速是一樣的。于是，他大膽地宣稱，光，就是電磁波。后來人們也確實證實了這個結(jié)論，光果然就是電磁波。
至此，一切都很完美，麥克斯韋也通過這個方程組一舉成名，可是這和相對論有什么關(guān)系呢？關(guān)系就在剛剛說的計算出來的光速問題，上一講我們說到，脫離參照系，談?wù)撍俣?，那是在耍流氓。你要說速度，一定要有一個參照系，你說的是相對于誰的速度。而這里，你麥克斯韋算出來的光速，是*相對于*誰的呢？
物理學(xué)家，一開始對這個問題，并沒有覺得很棘手。他一定是相對于一個東西的嘛。雖然還不知道是個啥，但是，既然一定是存在的，我們先命個名吧，就叫做“以太”好了。于是之前那個問題解決了，光速是相對于以太的。
既然名字都起了，那總得研究一下，這個以太到底是個什么玩意了。而隨著研究的深入，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)問題有點不太對勁，越研究臉越黑，我們來簡要看看這個過程。
首先，以太肯定要是一個非常稀疏的物質(zhì)，因為我們完全感覺不到嘛。但是，同時又必須非常堅硬。因為這時候，科學(xué)家已經(jīng)知道，波的傳播介質(zhì)越堅硬，速度就越快。
又很稀疏，又很堅硬，這是什么鬼。
再然后，如果以太真的存在，那上一講說的，勻速直線運動和靜止沒有區(qū)別，可就不對了。我們完全可以說，相對于以太的靜止，就是絕對的靜止。
再然后，回到上一講的游輪思想實驗，我們當(dāng)時說，根據(jù)伽利略的相對論，你無法通過任何“力學(xué)”實驗，判斷自己是在運動還是靜止。但是，如果以太存在，那你就可以通過一個“電磁學(xué)”實驗，測量一下，光在不同方向上的速度。只要找到一個光速變慢的方向，那不就證明船是在運動的么。
我們的地球，就是這樣一艘游輪，如果以太真的存在，而我們地球又是在不停公轉(zhuǎn)，不可能是靜止的。那么，一定可以找到一個方向，讓光速稍微變大或者稍微變小。
而物理學(xué)家通過一系列精妙地設(shè)計，做出來實驗的結(jié)果是：*地球上的光速，在所有方向上都是一樣的*。
也就是說，你們科學(xué)家自己yy出來的這個什么以太，是，不存在的！
于是，之前那個問題又回來了，那光速到底是相對于誰的？
科學(xué)家證明以太不存在的實驗，是1887年完成的。這一年，所有的物理學(xué)家都陷入了困惑，而解決這一問題的人，這一年只有8歲。
從小到大，我們都聽長輩說，我們要學(xué)會適應(yīng)這個世界，然而這個八歲的孩子，不是來適應(yīng)世界的，他是來改變世界的。
預(yù)知后事如何，且聽下回分解。
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