《三思科学》电子杂志
第二期，2001年8月1日

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[异调]我们的杂志

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[异调]克莱因瓶

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谁是我们的祖先
剥开香蕉的秘密
妥协与希望
发现一打土星月亮

求知
[陶世龙]人人都需要重新认知地球
[柯南]温室的昨天、今天和明天
　——IPCC关于全球变暖的报告
[九歌]行为生物学常识(连载)
　　二、行为的生理机制(下)
　　三、行为的遗传和发育
[清人]伟大的相对论(连载)
　　四、相对论的实践与检验
　　五、相对论的基础及推导(上)
　　五、相对论的基础及推导(下)
[陶世龙]水怪不怪

译述
《新科学家》：22世纪环境回顾
　　１、全球变暖篇
　　２、污染篇
　　３、人口篇
《自然》：科学的一致，还是政治
　　的一致？
《科学》：量子物理百年回顾

观点
[华华]战场硝烟弥漫
[逍遥]也谈科学宿命论
　　　——自由意志的难题

历史
[刘华杰]理性的彷徨(连载)
　　四、策尔纳
　　五、里歇
　　六、普索夫和塔格
[异调]ENIGMA的兴亡（一）
[碧声]我要去那遥远的非洲

书评
[柯南]说出你的秘密
　　——读《密码传奇——从军事
　　隐语到电子芯片》

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三思言论集
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　　伟大的相对论
　　　　　（连载）

　　　　　 清人




　　　　　　五、相对论的基础及推导(下)



　　艾伯特·迈克耳孙的光干涉实验有力的证明了光在所有参照系中
速度相同这一定律，艾伯特·迈克耳孙本人也因此获得了诺贝尔物理
学奖。但是，直到临终一刻，艾伯特·迈克耳孙也始终搞不清楚为什
么没有相对光速。在已知200多年物理学的研究中，科学家们所信奉的
经典力学已经被大量的实验，观测和应用所证实，包括对大到行星结
构，运动的研究，小至气体中分子的随机行为的研究，物理学已经成
功的对无数自然现象进行了合理的分析和解释，既然取得了如此辉煌
的成就，经典力学怎么可能出错呢？

　　然而，有一位科学家并不需要信奉伽利略运动定律，他以高超的
智慧和深邃的洞察力深刻的揭示了光的奥秘，改变了绝对时空观的认
识，创建了全新的物理学基础。这位科学家就是艾尔伯特·爱因斯坦。

　　爱因斯坦为了解决光在不同参照系的速度问题，进行了一系列的
思维臆想试验。他假定，如果某个人可以以光速运动，那么他看到的
光会是什么样子呢？如果按照伽利略速度变换式，他应该可以看到静
止的光，但这却与麦克斯韦的电磁学原理相悖；如果按照麦克斯韦的
电磁学原理，他应该看到光依然以c速运动，这又与经典力学相悖。究
竟哪个正确呢？爱因斯坦无疑胸中有数。

　　让我们再回到上篇的那个光速描述的例子上：

　　我们假定S'系相对S系以速度u沿x轴方向运动，x'与x在同一轴上，
且t=0时，O'与O重合(如下图)：



　　经典力学考虑到光速在不同参照系不同速度的问题，推导出△t'=△t。
但是如上所述，我们已经知道，光在任何参照系速度都相同，因此，
S系中速度v的表达式应为：



而S'系中速度v'的表达式应为：



∵

dx' = y(dx - udt) ,



∴



同理推导：




根据洛伦兹变换式：

,
y'=y , 
z'=z ,


逆变换为：





　　由以上推导可以看出，经典力学中伽利略变换式只有在v〈c时才
适用，速度上推到光速时，牛顿定律将不再适用，在电磁学定律不变
的前提下，只有爱因斯坦速度变换式，才可以解释光速的问题。

　　此外，如光相对S'系速度为c，并沿x'方向运动，那么光相对S系
与S'系速度是相同的：



　　由此可见，速度合成不可能使物体运动速度超过光速，也就是说，
光速只能，也必须是物体运动速度的极限。

　　　　　　　　　　　　　　　　连载完毕