物理学发展初期人们并没有认识到光的速度问题,以为光速是无穷大的,即任何两个地方看到的“同时”是绝对的。
但是随着物理学的发展,人们发现光是有速度的,这就带来了问题,“同时性”受到质疑。
比如,两个时钟如何能准确的校对呢?当一个时钟为0点整时,这个信息传达到另一个时钟是需要时间的,要准确的校准时钟必须知道光速,以便知道两个时钟信息交换需要的时间。
在绝对时空观的观念下,人们以为只要测量到光相对我们所在参照系的速度就行了,但是问题出现了。人们发现,测到的光速即不因发光体的速度而改变,也不因光接收器的速度而改变。
这完全不符合速度叠加的理论,但又是测量事实。
当理论与事实矛盾时,只能认为理论出了问题。
因此经典物理学的大厦在这一事实下摇摇欲坠,物理界一片哗然。
爱因斯坦总结了前人的理论和实验,抛弃了绝对时空概念,接受了实验结果光速不变的事实,并以此为基础创立了相对论物理学。
狭义相对论:
从理论上确定了惯性系间相互观测到的时间、尺度的换算关系。重新确立了经典物理学在低速度、小空间内的正确性。并通过引入洛伦兹因子把经典物理学理论拓展到高速度大空间领域的应用。
我们举个简单的例子来说明这种换算的意义:
假如一个人以光速运动(在相对论物理学出现前没人怀疑可以达到光速),看一下会出现什么情况。
假设距离是1千公里(这个长度随便设),你在终点为他计时,当他经过起点的时候开始计时,到达终点的时候停止计时。
可是,当他经过起点的信息到达终点的时候,他也到达了终点。计时的结果发现,他用了0秒跑了0距离。
因为他以光速运动:当看到他在起点时,他就在终点,距离是0。时间是0。
假如不是光速呢?显然,越接近光速时间就越慢,距离也越短。
前面是我们做了假设,如果没有事先的假设,我们看到的就是一个现象,没人会告诉你,他用光速跑了多远的距离。这就是观察到的事实,没有任何方法去验证这个事实是不是真的,因为没有比光速再快的速度来检验光速了。也不人会想到去验证一个看到的事是不是真的。
洛伦兹变换就是根据光速有限但不变这个测量事实来推导出来的。
这一换算因子解决了在相对高速运动时观测到的时间和尺度的换算关系。消除了因光速有限引起的观测误差。