光速不变原理

狭义相对论的基本假设之一
光速不变原理是指在任何情形下,光在真空中的传播速度都是一个恒定的常数(299792458m/s),不会随光源或观察者所在参考系的相对运动而改变。光速不变原理可以通过联立麦克斯韦方程组Maxwell's equation)解得。而且光速不变原理已由迈克耳逊-莫雷实验(Michelson-Morley Experiment)证实。[8]
1905年,爱因斯坦(Albert Einstein)发表了《论动体的电动力学》(《On the Electrodynamics of moving bodies》)一文,提出了狭义相对论的初步设想,将相对性原理和光速不变原理作为狭义相对论的两个基本假设。[9]相对论创立的初期,迈克尔逊(Michelson)与莫雷(Morley)通过实验研究地球相对于“以太”的运动,后来,科学家们意识到,如果抛开“以太”假设,迈克耳逊-莫雷实验的结果就是对光速不变原理的验证。[7]
光速不变原理是相对论的基石,它使得相对论中的时间和空间成为可以测量的量,以光为信号可以校对各个参考系中的时间,而空间距离可以采用时间的度量来定义,光速不变,则以光速乘以光信号在两个空间点之间的传播时间可以定义两点之间的距离,对每一个参考系定义了统一的时间并定义了长度后才可讨论“钟慢尺缩”等相对论效应(在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的,这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中[8])。[10]

简史

1632年,伽利略Galileo)在《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(《Dialogo sopra i due massimi systemi del mondo, tolemaico e copernicano》)一书中给出了伽利略相对性原理,认为在不同的参考系中的力学的基本规律相同,即在一切惯性参考系中力学规律都具有相同的数学形式,[11]并提出了与力学相对性原理相应的伽利略变换[12]