速度是相對(duì)的，必須有參照系才有意義，但為何光速是絕對(duì)的？

我們用速度描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢，在很多人眼里，速度這個(gè)概念非常簡(jiǎn)單，也很好理解，殊不知人類(lèi)對(duì)速度和運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知經(jīng)歷了相當(dāng)漫長(zhǎng)的時(shí)間。

在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，古人認(rèn)為任何物體只要沒(méi)有受到外力作用，就會(huì)一直保持絕對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，而且任何運(yùn)動(dòng)的物體都有一個(gè)絕對(duì)速度。

比如說(shuō)，你把鐵球放在桌子上，鐵球就是絕對(duì)靜止的，如果鐵球不受外力或者受到的合力為零，那么它就會(huì)一直保持靜止，直到有外力作用，鐵球才可能會(huì)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，獲得一定的速度。而且鐵球的速度在任何人看來(lái)都是一樣的，比如說(shuō)是每秒5米，在任何人看來(lái)都是每秒5米。

古人對(duì)速度和運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知，如此簡(jiǎn)單粗暴，在如今看來(lái)如此“不可理喻”，為什么還會(huì)統(tǒng)治那么長(zhǎng)時(shí)間呢？難道古代人們都沒(méi)有注意到，不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下觀察到的速度也是不一樣的嗎？

在我們?nèi)缃窨磥?lái)，古人認(rèn)知的錯(cuò)誤太明顯了，為什么他們就是發(fā)現(xiàn)不了呢？這就是時(shí)代的局限性所致。清空你如今的所有知識(shí)和認(rèn)知，把你扔到古代社會(huì)，你同樣也會(huì)有那樣錯(cuò)誤的認(rèn)知。古人生活在非常狹小的范圍內(nèi)，僅憑人類(lèi)拙劣的感官去認(rèn)知大自然，很難“看見(jiàn)”大自然的真相，哪怕是非常簡(jiǎn)單的“真相”。

后來(lái)，人們對(duì)運(yùn)動(dòng)和速度有了更深的認(rèn)知，逐漸認(rèn)識(shí)到了觀察者自身速度對(duì)觀察結(jié)果的影響，也就是如今我們所講的“參照系”或者“參考系”。

舉一個(gè)最明顯的例子。你駕駛一輛小汽車(chē)和朋友一起兜風(fēng)，對(duì)于站在路邊的人來(lái)講，你的速度很快。不過(guò)在你朋友眼里，你的速度為零，你是靜止的。

到底誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò)呢？路人和你朋友都沒(méi)有錯(cuò)，他們只是選擇了不同的參照系而已，物體的速度會(huì)因參照系的不同而不同。

這個(gè)例子也再次證明了，人類(lèi)僅憑感官去判斷物體的運(yùn)動(dòng)快慢是很不靠譜的，必須引入?yún)⒄障档母拍睿拍芨陀^地描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

說(shuō)白了，任何速度都不能脫離參照系而獨(dú)立存在，否則就沒(méi)有任何物理意義。任何速度都是相對(duì)的，都需要有參照系的存在。而且任何物體都可以作為參照系。

參照系這個(gè)東西，在如今的我們看來(lái)如此簡(jiǎn)單，但就是這么一個(gè)簡(jiǎn)單的定義讓人類(lèi)對(duì)速度和運(yùn)動(dòng)的理解有了質(zhì)的飛躍。人們終于明白宇宙中并不存在絕對(duì)靜止或運(yùn)動(dòng)的物體，任何速度都是相對(duì)的。

不同的參照系下，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和速度就會(huì)發(fā)生變化，這其實(shí)就是物理學(xué)上的“相對(duì)性原理”。

對(duì)于相對(duì)性原理，你可能會(huì)嗤之以鼻：這么簡(jiǎn)單的一個(gè)原理，也沒(méi)有什么技術(shù)含量啊，是個(gè)人都能想出來(lái)。

只能說(shuō)，這種觀點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)的“馬后炮”，就好比“兩點(diǎn)之間線段最短”這個(gè)公理一樣，實(shí)際上古代人們?cè)谌粘Ｉ钪锌隙靼走@個(gè)公理，而且不知不覺(jué)中經(jīng)常會(huì)利用這個(gè)公理，比如說(shuō)到任何地方，人們會(huì)盡可能走直線，人們當(dāng)然知道直線最短。

但為什么就是沒(méi)有人總結(jié)出來(lái)“兩點(diǎn)之間線段最短”這個(gè)公理呢？

好像有點(diǎn)跑題了。話說(shuō)回來(lái)，相對(duì)性原理提出之后，人們認(rèn)為已經(jīng)把速度這個(gè)概念徹底參透了。但后來(lái)才知道一切才剛剛開(kāi)始，人們對(duì)速度和運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知還相當(dāng)膚淺。

這一切都是因?yàn)楣猓唧w來(lái)講是光速！光帶給人們無(wú)限光明，但同時(shí)也一度讓物理學(xué)界陷入“黑暗”。

隨著伽利略，牛頓，惠更斯等很多科學(xué)界巨匠的不懈努力，科學(xué)界對(duì)光的認(rèn)知越來(lái)越深刻，并且知道了光也是有速度的，這個(gè)速度大約為每秒30萬(wàn)公里。

但接下來(lái)的問(wèn)題，讓物理學(xué)界大佬很撓頭：每秒30萬(wàn)公里的速度，到底是相對(duì)什么參照系而言呢？

人們當(dāng)然堅(jiān)信光速與其他速度一樣，需要一個(gè)參照系才有意義，在不同的參照系下光速也會(huì)有所不同。

但是，隨著麥克斯韋建立起了電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在，同時(shí)還推導(dǎo)出了電磁波在真空中的傳播速度，一場(chǎng)“災(zāi)難”降臨了。不過(guò)人們要感謝那場(chǎng)“災(zāi)難”，正是那場(chǎng)“災(zāi)難”引領(lǐng)了物理學(xué)的大發(fā)展，甚至直接觸發(fā)了狹義相對(duì)論的誕生。

人們發(fā)現(xiàn)，麥克斯韋方程組推導(dǎo)出來(lái)的電磁波速度，在任何參照系下都保持不變，都是每秒30萬(wàn)公里！

而光也是一種電磁波，這意味著無(wú)論在任何參照系下，光速都保持不變！

這樣的結(jié)果就猶如“驚雷”一般，讓物理學(xué)界大佬感覺(jué)猶如“五雷轟頂”，在當(dāng)時(shí)的物理學(xué)界掀起了巨大波瀾。因?yàn)楣馑俚倪@個(gè)特性完全顛覆了人們對(duì)速度的傳統(tǒng)認(rèn)知。舉個(gè)例子就明白了，就好比你以每秒20萬(wàn)公里的速度追趕一束光，按道理講，在你眼里這束光的速度應(yīng)該是每秒10萬(wàn)公里才對(duì)，但現(xiàn)實(shí)情況下，這束光相對(duì)你的速度仍舊是每秒30萬(wàn)公里！

這樣的結(jié)果讓物理學(xué)界很難接受，他們的第一反應(yīng)就是：麥克斯韋方程組錯(cuò)了。畢竟牛頓經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)統(tǒng)治了物理學(xué)界幾百年，早就被奉為神明，是不可能錯(cuò)的。

但是接下來(lái)的各種實(shí)驗(yàn)表明，麥克斯韋方程組也沒(méi)有錯(cuò)，光速確實(shí)不變，在任何情況下都保持不變。

怎么辦？理論上講，牛頓經(jīng)典力學(xué)和麥克斯韋方程組兩者之間，肯定有一個(gè)是錯(cuò)的。到底哪一個(gè)錯(cuò)了呢？

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，19世紀(jì)末20世紀(jì)初的一段時(shí)間里，物理學(xué)界經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的爭(zhēng)論，同時(shí)想盡各種辦法試圖調(diào)和兩者之間的矛盾，但都沒(méi)有完美的結(jié)果，而且似乎越是調(diào)和，兩者之間的矛盾越突出。

最終，還是偉大的愛(ài)因斯坦用他那顛覆性的思維，解決了牛頓經(jīng)典力學(xué)和麥克斯韋方程組之間的矛盾。愛(ài)因斯坦提出了相對(duì)時(shí)空觀，認(rèn)為時(shí)空本身就不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的，打破了人們認(rèn)為固若金湯的絕對(duì)時(shí)空觀。

而絕對(duì)時(shí)空觀是牛頓經(jīng)典力學(xué)的基石，從這個(gè)角度來(lái)講，牛頓經(jīng)典力學(xué)確實(shí)“錯(cuò)”了，但我們并不會(huì)這么說(shuō)，準(zhǔn)確來(lái)講是局限性導(dǎo)致的。畢竟在我們生活的環(huán)境里，完全無(wú)法感受到時(shí)空的相對(duì)性。

愛(ài)因斯坦大膽提出光速就是不變的，就是絕對(duì)的，完全顛覆了之前物理學(xué)界對(duì)速度和運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知，這就是光速不變?cè)怼?/p>

不過(guò)光速不變?cè)砼c相對(duì)性原理并不矛盾，因?yàn)楣馑俨蛔兪窍鄬?duì)的時(shí)空導(dǎo)致的結(jié)果，時(shí)間和空間會(huì)很“默契”地“相互配合”，來(lái)保證在任何運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，光速都保持不變。

具體來(lái)講就是時(shí)間膨脹效應(yīng)和尺縮效應(yīng)，時(shí)間和空間是有機(jī)的整體，兩者不可分割，永遠(yuǎn)都在“相互配合”，去迎合那個(gè)“霸道”的光速，讓光速保持不變。

在物理學(xué)上，光速是絕對(duì)的，不需要參照系。為什么光速這么特殊呢？

實(shí)際上，我們可以通俗這樣理解，光速就是“時(shí)空漣漪”，就像池塘中物體的運(yùn)動(dòng)引起的水漣漪那樣。

水波的傳播速度與振動(dòng)源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒(méi)有任何關(guān)系，無(wú)論振動(dòng)源的狀態(tài)是靜止或者運(yùn)動(dòng)，也不管運(yùn)動(dòng)速度有多快，都不會(huì)改變水波的傳播速度。

而光速也類(lèi)似那樣，無(wú)論你在時(shí)空“大海”里如何運(yùn)動(dòng)，引發(fā)的“時(shí)空漣漪”的速度，也就是光速，都保持不變！