光速不变原理是迈克尔逊莫雷实验的唯一正解吗?

光速不变原理是迈克尔逊莫雷实验的唯一正解吗?

简要回答下。

【据说】从物理学的历史来说,爱因斯坦提出光速不变假说时,并不太清楚MM实验。因此,说“爱因斯坦根据MM实验零结果总结出了光速不变原理”是一个极其不对的说法。

为什么不对?当然不止是根据上述历史来说的,更主要是MM实验的物理意义——其零结果到底说明了什么。

首先,楼主要搞清楚一件事,物理学是一门基于观测(实验、逻辑经验)的自然科学,每个物理理论大厦的地基,都是一些由观测总结而来的公理构成的。所谓公理,不是数学物理逻辑上推证的,而是通过观测总结出来的。比如牛顿三定律,守恒律等

通过观测“总结”出公理,其实应该说是,对于当下的观测,【找一种】假说来解释这些观测。这句话很重要,楼主一定要理解什么意思。简单说,对于当下的观测,其实解释它的理论(公理)可能远远不止一种,但哪些被接受,哪些不被接受,有几个标准

一是要自恰,也就是该理论(公理)模型的数学物理逻辑自身没有冲突。

二是完备,也可以说普适,该公理预言的结果不能与其他观测冲突。

三是精度最高,用该公理理论预言的结果,与当下观测的偏差是已知的解释理论中最小。其实对于当下观测,满足这三点的解释理论(也可称为公理,假说)可能仍然远不止一个。

因此,自然科学界还要看一个很重要的标准——简洁,即同等满足前三种标准的情况下,选择解释理论中引入假设最少的那个。

楼主看懂上面这段话,我就可以回答楼主的问题了。

MM实验零结果,只是众多关于【光波动特性表面上不遵守牛顿物理理论】的观测之一。这里为什么要加“表面”,因为其实不用光速不变原理,完全立足牛顿物理框架,也有满足前三个原则的假说来解释,完全是自恰完备且符合观测的。但之所以没被采纳,主要是第四个原则把它抛弃了。

现在我给楼主讲下,为什么迈克尔诺莫雷要做这个实验。当然不是为了给爱因斯坦提供支持,他们认不认识都不清楚。我估计认识的可能性不大,因为1905年前,爱因斯坦几乎没什么名气。

做这个实验,是为了用实验验证【绝对静止以太】的存在。实验采用的理论逻辑正是基于牛顿物理框架,若绝对静止以太存在,必然可以采用MM实验结果检测以太风。

注意,上述直接说【绝对静止以太】,为何不提以太漂移、光速被光源拖拽等假说,因为这些假说是在【绝对静止以太】假说提出以前,就抛弃了的,因为与一些观测冲突,如光行差现象、双星公转周期等。

因此,许多对物理史不清楚的人,常问“为什么MM实验零结果不能用以太随地球漂移解释”,因为这种解释是之前就否定了的,这个实验的唯一目的只是验证【绝对静止以太】是否存在。

结果是零结果,物理界哗然。

在光速不变原理(假说)出现以前,物理学家们主要是立足牛顿物理框架来纳入对光波动特性的解释,不过大部分提出的假说都失败了。当然也有成功的,也就是牛顿框架下解释这个实验零结果,满足前文说的自恰,完备,与观测相符三原则的。最著名的,莫过于洛伦兹收缩假说。

洛伦兹收缩假说是牛顿框架下可以完备自恰地解释MM实验零结果的假说。不过与光速不变原理相比,从第四个标准,不就不如了——简洁。那么他比光速不变原理复杂在哪?对于光波动现象,他实际是引入绝对静止以太、以太对刚体的分子力存在作用导致刚体尺缩、牛顿速度叠加原理(这也是假说,因为是从伽利略变换导出的,而伽利略变换其实就是绝对时空观假说满足的前提下才能导出)的解释理论,比起光速不变原理,既不需要假设什么以太存在,也不需要假设什么分子力受以太影响,也不需要假设时空观(惯性系之间的坐标变换关系),只需要假设光速与惯性系的选取无关,那么按第四原则,历史将洛伦兹收缩假说抛弃了

因此,对于楼主问题,答案就是,显然,光速不变原理不是对MM实验零结果的唯一完备自恰解释,但按照奥卡姆剃须刀原理,历史最终选择了光速不变原理。

当然,至于爱因斯坦怎么想出来的,得求证历史,他根据看的哪些论文和资料,以及对哪些实验的了解,据说不包括MM实验。因此,只能说光速不变原理是对MM实验结果最优越的解释理论(假说,公理),但MM实验最初目的和相对论无关,仅仅是为了检测以太风而已。