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(gè)角度，什么方向上看，光速永遠(yuǎn)都是一樣的。

如果，你對(duì)這句話還不覺得太震撼，我再換個(gè)說法，如果你是在高速地運(yùn)動(dòng)，為了“使”你看到光速是一樣的，你的時(shí)間會(huì)變慢。你感受不到任何的不同，但是你的時(shí)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(gè)問題，我們得先放下愛因斯坦，講講另一個(gè)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(gè)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(duì)是總統(tǒng)山級(jí)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(xiàng)工作，就能感到莫大的榮幸。

這項(xiàng)工作，就是大名鼎鼎的麥克斯韋方程組。這個(gè)方程組到底說了什么呢？這就要說到一點(diǎn)點(diǎn)電磁學(xué)的知識(shí)了。我保證，下列內(nèi)容一點(diǎn)也不難懂，甚至感覺有點(diǎn)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(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁。一段導(dǎo)體中有電流，他周圍就有磁性。平時(shí)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(yùn)動(dòng)帶來的磁力。

在電和磁中間，還有個(gè)過渡產(chǎn)物，叫做“場(chǎng)”。電荷之間的吸引力和排斥力并不是隔空感受到的，他有個(gè)中間的橋梁，那就是場(chǎng)。每個(gè)電荷周圍都會(huì)產(chǎn)生“電場(chǎng)”，電荷并不直接和電荷發(fā)生相互作用，而是和電場(chǎng)相互作用。

同理，磁力也是通過磁場(chǎng)為媒介產(chǎn)生的。而所有的電場(chǎng)和磁場(chǎng)重疊在一起，就形成了一個(gè)總的電磁場(chǎng)，每個(gè)帶電的物質(zhì)，就根據(jù)自己和電磁場(chǎng)的關(guān)系，決定自己的運(yùn)動(dòng)方式。

總結(jié)完畢，就是這些了。

然后，大神麥克斯韋出場(chǎng)了。他大筆一揮，把*所有的*電磁現(xiàn)象用四個(gè)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(chǎng)。第二條說的是，沒有磁荷。第三條說的是變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)。第四條右邊第一項(xiàng)也很簡(jiǎn)單：電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。重點(diǎn)是后面的第二項(xiàng)。

麥克斯韋考慮到電和磁應(yīng)該是有某種對(duì)偶關(guān)系的，也就是說，變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，那變化的電場(chǎng)也應(yīng)該能產(chǎn)生磁場(chǎng)。同時(shí)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(xiàng)了。

后來，人們不斷地用實(shí)驗(yàn)證明了這個(gè)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(gè)線圈弄出一個(gè)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(jì)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(shí)證實(shí)了這個(gè)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(gè)方程組一舉成名，可是這和相對(duì)論有什么關(guān)系呢？關(guān)系就在剛剛說的計(jì)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(gè)參照系，你說的是相對(duì)于誰的速度。而這里，你麥克斯韋算出來的光速，是*相對(duì)于*誰的呢？

物理學(xué)家，一開始對(duì)這個(gè)問題，并沒有覺得很棘手。他一定是相對(duì)于一個(gè)東西的嘛。雖然還不知道是個(gè)啥，但是，既然一定是存在的，我們先命個(gè)名吧，就叫做“以太”好了。于是之前那個(gè)問題解決了，光速是相對(duì)于以太的。

既然名字都起了，那總得研究一下，這個(gè)以太到底是個(gè)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(diǎn)不太對(duì)勁，越研究臉越黑，我們來簡(jiǎn)要看看這個(gè)過程。

首先，以太肯定要是一個(gè)非常稀疏的物質(zhì)，因?yàn)槲覀兺耆杏X不到嘛。但是，同時(shí)又必須非常堅(jiān)硬。因?yàn)檫@時(shí)候，科學(xué)家已經(jīng)知道，波的傳播介質(zhì)越堅(jiān)硬，速度就越快。

又很稀疏，又很堅(jiān)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(yùn)動(dòng)和靜止沒有區(qū)別，可就不對(duì)了。我們完全可以說，相對(duì)于以太的靜止，就是絕對(duì)的靜止。

再然后，回到上一講的游輪思想實(shí)驗(yàn)，我們當(dāng)時(shí)說，根據(jù)伽利略的相對(duì)論，你無法通過任何“力學(xué)”實(shí)驗(yàn)，判斷自己是在運(yùn)動(dòng)還是靜止。但是，如果以太存在，那你就可以通過一個(gè)“電磁學(xué)”實(shí)驗(yàn)，測(cè)量一下，光在不同方向上的速度。只要找到一個(gè)光速變慢的方向，那不就證明船是在運(yùn)動(dòng)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(gè)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(jì)，做出來實(shí)驗(yàn)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(gè)什么以太，是，不存在的！

于是，之前那個(gè)問題又回來了，那光速到底是相對(duì)于誰的？

科學(xué)家證明以太不存在的實(shí)驗(yàn)，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(huì)適應(yīng)這個(gè)世界，然而這個(gè)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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