日常生活里,谁在走路、骑车、开车,速度都是算对地面说的。咱就说,有辆车每小时跑100公里,这就是对地面而言的速度。平时说话大家都懒得提这些,否则显得啰嗦。但是,光怎么跑得这么快,每秒30万公里,这是对什么算的?毕竟以前人们觉得速度都得有参照物才有意义。比如牛顿那个绝对时空观就认为所有运动得有个绝对的静止背景。 但是19世纪麦克斯韦算出来电磁波的速度,也就是光速,不需要什么参照物,只跟真空的磁导率和介电常数有关。这跟牛顿的经典力学体系就不对付了。一方面是统治几百年的牛顿力学,一方面是很完美的麦克斯韦方程组。科学家们谁都不想得罪,可大家心里明白这俩理论不合拍。为了调和矛盾,大家就开始琢磨这光速到底该用啥当参照物。 后来,“以太”这个概念就出来了。以太被想象成充斥宇宙的介质,既是光的传播媒介,也是绝对静止的参照物。但科学家得找证据啊,于是做了好几个实验去找以太。最有名的就是迈克尔逊莫雷实验。结果发现实验做来做去,连“以太”这玩意儿都找不到。 当时很多人觉得实验肯定有问题,因为如果“以太”不存在,牛顿的绝对时空观就彻底崩塌了。洛伦兹和庞加莱这些人就开始试图修改牛顿力学来迎合麦克斯韦方程组。但这种调和其实也就是修修补补,根本解决不了问题。 到了爱因斯坦这儿,他懒得再为“以太”操心了。他用了奥卡姆剃刀原理:如果一个东西不需要它就别硬加进去。他直接把“以太”给剃掉了。爱因斯坦提出了全新的相对时空观。在这个体系里,光速恒定成了基本公理。因为光速不变这事儿太霸道了,所以时间和空间就得跟着变才能配合得上。 说白了就是时间和空间会因物体运动速度变化而变化(相对性)。光之所以有这个速度不是它自己快(相对于其他物体快),而是四维时空本身就有这种秉性。任何静质量为零的东西速度都是光速(包括引力波、信息传播)。 所以说“光相对于任何物体的速度都是光速”,但反过来不能说“任何物体相对于光的速度都是光速”,因为光只跟四维时空有关(反过来反着说不合适)。