伽利略变换与电磁学理论的不自洽2 W4 x8 p R" l# }3 H* {$ |- P: q
到19世纪末,以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论的正确性已被大量实验所证实,但麦克斯韦方程组在经典力学的伽利略变换下不具有协变性。而经典力学中的相对性原理则要求一切物理规律在伽利略变换下都具有协变性。
麦克尔逊寻找以太的实验
为解决这一矛盾,物理学家提出了“以太假说”,即放弃相对性原理,认为麦克斯韦方程组只对一个绝对参考系(以太)成立。根据这一假说,由麦克斯韦方程组计算得到的真空光速是相对于绝对参考系(以太)的速度;在相对于“以太”运动的参考系中,光速具有不同的数值。5 Y9 u8 {" }& ]6 K: y$ r/ T
实验的结果——零结果
但斐索实验和迈克耳孙-莫雷实验表明光速与参考系的运动无关。该实验结果否定了以太(ether)假说,表明相对性原理的正确性。洛伦兹把伽利略变换修改为洛伦兹变换,在洛伦兹变换下,麦克斯韦方程组具有相对性原理所要求的协变性。洛伦兹的假说解决了上述矛盾,但他不能对洛伦兹变换的物理本质做出合理的解释。随后数学家庞加莱猜测洛伦兹变换和时空性质有关。
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