如果实验是在非真空环境中进行的,那么相对论是如何修正的呢?

时间:2022-01-07 10:08:01   作者:
在麦克斯韦发展了他的电磁理论之后,事情变得很清楚,该理论的一个预测是,电磁辐射的速度(恰好与已知的真空光速相吻合)对所有观察者来说都是相同的。这与伽利略的时空概念相矛盾。一个可能的解决方案是以太概念,但实验(特别是著名的迈克尔逊-莫雷实验)并不支持这一解释。所以需要更好的理解,最终在狭义相对论的形式,它是基础,在某种程度上,假设存在一个速度是相同的所有观察者,我们称之为真空光速原因很简单,光在真空中的传播速度。

20世纪中叶,罗马尼亚物理学家亚历山德鲁·普罗卡(Alexandru Proca)提出了一种替代麦克斯韦理论的理论:称为大规模电磁学(massive电磁学),在普罗卡的理论中,电磁辐射的传播速度比相对论的恒定速度要慢,而传播速度取决于辐射的能量。Proca理论在量子世界中以电弱理论的中性z玻色子的形式表现出来;这些玻色子的行为就像重光子。

相对论是如何修正的

从那时起,许多实验(包括天文观测和实验室测试)已经进行,以确定光子质量的上限。所有这些实验都表明光子确实是无质量的,因此麦克斯韦方程是对电磁学的正确的经典描述。所以相对论的不变速度确实和光速的真空速度是一样的。但这并不一定。即使光服从普罗卡的理论而不是麦克斯韦的理论,狭义相对论仍然是一样的。

这些都和介质中的光速没有任何关系!事实上,这个速度,至少是光的相速度,甚至可以大于这个不变速度。这是折射率小于1的介质的情况,例如自由电子等离子体。这一切都符合(事实上,是用)相对论计算出来的。

如果在19世纪,我们所能得到的只是折射率与1明显不同的介质中的光速,那么推测它将如何改变科学是一件有趣的事情。麦克斯韦仍然会发展出完全相同的理论,但也许电磁辐射和光之间的联系就不会那么明显了。这可能会推迟像迈克尔逊-莫雷实验这样的实验。但我认为最终的结果几乎是一样的。这个理论仍然预测了一个不变的速度,仍然会找到方法来测量这个不变的速度,一旦它变得明显,这个速度确实是独立于方向,尽管测量在地球表面,突破仍然是明显的。
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