Relativism (Special theory of Relativity)

                    by Vincent CHAN WAI LUNG(1988~  )

兩個基本假說

狹義相對論的理論建構在兩個基本假說上。

愛因斯坦由推理認為這兩個假設是正確的，

 
由這兩個假設的條件下而衍生出完整的狹義相對論。

也讓我們對於過去『絕對的時空』有了一番新的體認。

 
1. 相對性原理：

牛頓與伽利略都體認到 在相對等速度運動下不同座標系內 力學的定律是相同的。

在等速度飛行的飛機內行動時和在地面上毫無兩樣，察覺不出本身的飛行速度。

牛頓也曾經為了是否存在『絕對座標系』而傷腦筋。

倒底是否存在一個絕對靜止不動的空間，

 
而所有其他參考座標可視為相對於絕對座標運動。

而這個絕對空間便是與『以太』相對靜止的空間。

 
以等速度運動的參考系統為慣性座標。牛頓運動定律適用於慣性座標系統。

 
在非慣性座標內，牛頓運動定律不再適用，除非加以修正。

例如：等速率圓周運動時衍生的假想力。扯太遠了，拉回來吧！

愛因斯坦發現到所有物理系統將不因為觀察者屬於不同慣性座標而有不同。

於是提出：對於所有等速度運動的慣性座標觀察者而言，

物理定律的形式都是相同的。

 
因此不可能有實驗可以區分出自己是絕對靜止或是相對於絕對座標進行等速度運動。

 
也就是說所有的運動都是『相對的』。

因此所有想測量絕對運動（以太風）的實驗必然失敗。

 
在這種情形下『絕對座標』就變得沒有意義而不需要了。

讓我們拋開『絕對座標』的包袱，好好的邁向『相對論』的新紀元。

2. 光速恆定：

在真空中的光速，對於所有觀察者而言，速度皆為光速，與參考座標無關。

猶如聲音在介質中的速度並不會因為波源的速度不同而有變化

（雖然聽到的頻率會不同）

唱一句：『不要問我為什麼？』...

光速已經是自然界的另一個常數。

 
Maxwell 將電磁學的四個基本定律：電與磁的高斯定律、安培定律與法拉第定律

加上自己提出的『位移電流』（實際上是電通量變化產生磁場）

推導出 Maxwell的電磁波方程式，式子中的常數便自然得波速為光速。

 
且推導的過程中並未指明所對應的座標系，或者對上一個假說而言：

物理定律是相同的。因此在不同慣性座標中所測量出的光速是一樣的。

舉例說：一輛快速火車上的人射出一道光。

車上的人和車下的人所測量到的光速皆相同，與車速無關。

 
雖然聲波在介質中傳播的速度與波源無關，

但是所測得的聲速卻和觀察者的相對速度有關。

 
若朝著聲源運動則所測量得到聲速會增加。

猶如：一個人向你拋球，若你迎向球去接球會感覺球速增加，後退則減少。

 
可是所測得的『光速』卻不會因為觀察者本身的運動而有不同。

如果『光速』會因為不同慣性座標而不同，則我們就可以根據所測得『光速』的不同

 
而區分出本身座標相對於『絕對靜止』座標的速度。這樣就又違反了第一個假設。

靜止測量真空中光源的速度為光速，

 
以0.5光速朝向光源運動時所測得的速度依然是光速。

這是相對論當初最不易令人接受的地方。

可是當承認這樣的假設時，除了能解釋michelson-Moley的實驗外，

竟能完整解釋所有系統速度接近光速時所觀察到的各種實驗結果。

 
人們已經可以在實驗室中使 pion介子以非常接近光速(99.98%c)的方式運動，

pion的半衰期僅 8.7×10-17秒，衰期過程中將產生『光』，

而實驗室所測得pion所射出的光子速度還是為『真空中的光速』。

幾十年來的所有實驗結果，逼得科學家們接受 

『真空中的光速』對於所有慣性座標的觀察者都是相同的。』這樣的實驗結果。

事實上最後一次的國際度量衡會議(1983)時，因為對於真空中的光速已經深信不疑，

重新定義 『1公尺』為光在真空中於 1/299792458 秒內所前進的距離。

 
以真空中的光速重新定義七個基本度量衡單位之一的長度。

也就是說 從那以後真空中的光速 已經被定義為 c≡299792458公尺/秒。

***七個基本度量衡單位：

長度（米）、質量（公斤）、時間（秒）、電流（安培）、數量（莫耳）、溫度（K)、亮度()

愛因斯坦在人們還沒有實驗證實這樣的結果之前，

就已經藉由思考提出 真空中的光速恆定 的真知灼見。