如声波在空气中样,光波应该通过这以太传播,所以光速应是相对于以太而言。相对于以太运动不同观察者,应看到光以不同速度冲他们而来,但是光对以太速度是不变。特别是当地球穿过以太绕太阳公转时,在地球通过以太运动方向测量光速(当们对光源运动时)应该大于在与运动垂直方向测量光速(当们不对光源运动时)。1887年,阿尔贝特·麦克尔逊(后来成为美国第个物理诺贝尔奖获得者)和爱德华·莫雷在克里夫兰卡思应用科学学校进行非常仔细实验。他们将在地球运动方向以及垂直于此方向光速进行比较,使他们大为惊奇是,他们发现这两个光速完全样!
在1887年到1905年之间,人们曾经好几次企图去解释麦克尔逊——莫雷实验。最著名者为荷兰物理学家亨得利克·罗洛兹,他是依据相对于以太运动物体收缩和钟变慢机制。然而,位迄至当时还不知名瑞士专利局职员阿尔贝特·爱因斯坦,在1905年篇著名论文中指出,只要人们愿意抛弃绝对时间观念话,整个以太观念则是多余。几个星期之后,位法国最重要数学家亨利·彭加勒也提出类似观点。爱因斯坦论证比彭加勒论证更接近物理,因为后者将此考虑为数学问题。通常这个新理论是归功于爱因斯坦,但彭加勒名字在其中起重要作用。
这个被称之为相对论基本假设是,不管观察者以任何速度作自由运动,相对于他们而言,科学定律都应该是样。这对牛顿运动定律当然是对,但是现在这个观念被扩展到包括马克斯韦理论和光速:不管观察者运动多快,他们应测量到样光速。这简单观念有些非凡结论。可能最著名者莫过于质量和能量等价,这可用爱因斯坦著名方程E=mc2来表达(这儿E是能量,m是质量,c是光速),以及没有任何东西能运动得比光还快定律。由于能量和质量等价,物体由于它运动所具能量应该加到它质量上面去。换言之,要加速它将变得更为困难。这个效应只有当物体以接近于光速速度运动时才有实际意义。例如,以10%光速运动物体质量只比原先增加0.5%,而以90%光速运动物体,其质量变得比正常质量两倍还多。当个物体接近光速时,它质量上升得越来越快,它需要越来越多能量才能进步加速上去。实际上它永远不可能达到光速,因为那时质量会变成无限大,而由质量能量等价原理,这就需要无限大能量才能做到。由于这个原因,相对论限制任何正常物体永远以低于光速速度
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