北京湿疹最好的医院 http://m.39.net/baidianfeng/a_8814675.html

前面我们聊了光速不变，本文我们就来聊聊相对论出现之前都发生了什么事，光速不变到底是怎么来的，以及因为它的不变带来了哪些怪异的事情？

创世之初便有了光，古人在创世记中写道：神在第一天就创造了光，这样的想法并非出于偶然，没有光，我们就不知道还存在着浩淼的宇宙，西方的宗教经典里最重要的就是这句要有光。现在这句话有了不同以往的重要性，以前他是神的一个念头，现在我们知道它是自然规律的必然，基于同样的规律，世界上才有了苍穹，还有大地。这样看来，不仅人类是光的囚徒，我们的宇宙也是这样的，地球和物质随着光的脚步来到了这个世界，一次又一次的认知转换，一步步地发展出了我们看到的现代科学。

在柏拉图看来，我们对于世界的观察，在很大程度上囚禁了我们的思想，限制了我们对宇宙结构的描述。可是在柏拉图之后两千年的时光里，他的观点一直没有受到世人的重视，后来当科学家们认真探索宇宙的本质的时候，光到底是什么？这个问题足足困扰了他们四百年。

在这些现代科学家里，最早对这个问题进行认真研究的是牛顿。在牛顿看来，光是由粒子组成的，他将这些粒子称为微粒，可是同时代的另一批科学家则一致认为光是一种波。牛顿是一个生性自负的人，他坚信自己的那些同辈和竞争对手都是错的，自己才是对的。为了证明这一点，他设计了一个很巧妙的实验，波动说的支持者是这么认为的，光波由白光构成，当光通过棱镜的时候遭到了玻璃的腐蚀，结果散射成了各种颜色，依照这种说法，玻璃越厚，光线就散射得越厉害。可是牛顿认为事实不是这样的，光是由带有各种颜色的粒子构成，当这些粒子混合在一起之后，光就变成了白色。

为了证明玻璃腐蚀说是错误的，牛顿设计了这么一个实验，他将白光射进两片朝向相反的棱镜，白光经过第一片棱镜之后散射成彩色的光谱，而在通过第二片棱镜之后，散射的光谱又重新组成了一束白光。如果玻璃腐蚀说是正确的，以上现象就根本不会出现，第二片棱镜只会使光散射得更厉害，而不可能将它还原为初始状态。牛顿的研究发现可以通过一个简单的理论来解释，也就是白光由不同颜色的光混合而成，在这一点上牛顿是正确的。可是这些发现并不能说明光是由不同颜色的粒子组成的，事实上组成白光的是不同波长的光波，不过光的波动说面临着一个大问题，也就是光到底是什么的波？人们此前所知的所有波都离不开传播的介质，那到底什么是光的传播介质呢？这些问题让人倍感困惑，波动说的支持者们不得不宣称，整个空间里弥漫着一种看不见的东西，他们称它为以太。

一个物理难题的答案常常出人意料地，出现在物理世界的其他角落，以上难题也不例外，它的答案藏在一个充满着转轮和火花的世界。在那个角落有一个受人尊敬的科学家叫迈克尔法拉第，他一直致力于当时科研的一个热门领域，电和磁之间的关系。电荷和磁铁一样，既可以互相吸引，也可以互相排斥，当然磁阻是有南、北两极，没有孤立的一极，对电荷来说，存在着单独的正电荷和负电荷。科学家们和自然哲学家们当时都在苦思电和磁之间的隐秘关系，有一个叫奥斯特的人意外获得了其中的第一条线索。

一八二零年的时候，在一堂课上，奥斯特接通了电池的两极，通过导线的电流使一旁的磁针发生了偏转。随后几个月，奥斯特又进一步深入研究，他发现运动的电荷流，也就是我们现在所称的电流，能够让导线产生磁力，这个磁力使得磁针沿着以导线为中心的圆形切向偏转。这是个令人匪夷所思的实验，很快消息就传遍了欧洲大陆，又传过了英吉利海峡。运动的电荷可以产生磁力，电和磁之间还有其他联系吗？那磁铁是不是也能反过来作用于电荷呢？

一八三一年的时候，法拉第在他的实验笔记中记录了一个重要的发现，他接通了一个缠绕着铁棒的线圈儿，让铁棒磁化。在这一瞬间，他发现另一条绕着同一铁棒的线圈中有电流通过。显然简单地将导线放在磁铁旁边，没法在导线中产生电流，可是在磁铁出现或者消失的过程中，导线里产生了电流。接下来法拉第让磁铁在导线周围移动，同样的效应又一次出现了，当磁铁接近或者远离导线的时候，导线中就有电流通过，和电荷的移动产生磁力一样，磁力的移动或者是磁场强度的变化也能产生电力，并且让磁铁旁边的导线产生电流。电磁感应现象里，隐藏着极为深刻的理论意义，揭示这个隐藏意义的过程其实相当微妙，还得等十九世纪最伟大的理论物理学家来完成，这个人我们一会儿再来聊。

这个时候法拉第就发明了一个极为重要的物理概念，这个概念解决了牛顿终其一生都没有解决的难题，它同时也成为了所有现代物理的根基。法拉第就自己问自己，一个电荷怎么知道遥远的地方出现了新的电荷，进而相互之间产生电力呢？同样的问题牛顿也想过，只不过他考虑的是引力。地球是怎么知道太阳的存在，进而相互之间产生出引力呢？引力到底是怎样从一个物体传导到另外一个物体的？这个疑问牛顿一生都没有回答出来。

在法拉第的想象里，这个电子都被电场所包围。在他看来，电场就是一簇以电荷为中心向外发出的线，当电荷增加的时候，电场线的数量也会增加。那将一个电荷静置，再在它的周围加入一个测试的电荷，测试的电荷会感受到原先的电荷在那一点处产生的电场，施加在测试电荷上的电力的强度与该处电场线的密度就成正比。由此法拉利并没有使用数学方程，而是通过脑海中的图像描述了电力作用的本质。与此类似，我们能够通过磁场来理解各种磁力定律，有了电场和磁场这些物理概念的帮助，我们就能重新表述一遍法拉第发现的电磁感应现象了。

电线圈里的磁场线的增减会在线圈中产生电流，很快法拉第就意识到它的发现可以将机械能转化为电能。如果在水车的叶片上附上线圈，再把水车置于一个大磁场里，那么当水车旋转的时候，通过线圈的磁场数量就会发生持续的改变，从而就产生持续的电流。法拉第发现电磁感应的那一年，另一位伟大的科学家刚好出生，他就是詹姆斯克拉克麦克斯韦。法拉第比麦克斯韦大四十岁，他也启发了麦克斯韦的研究，在很年轻的时候，麦克斯韦就开始