为什么光速是绝对的,而速度是相对的?

所谓光速的绝对性是指 , 光速相对于任何参照系以及不同能量(频率或颜色)的光都是不变的 。因此 , 光速被认为是自然界中一个非常神秘的常数 。然而 , 光是一种自然现象 , 在现实的世界中 , 不存在任何绝对的东西 。因而 , 光速不变的绝对性 , 只是我们对光速不变的特性所做出的矫枉过正的解读 。
类似的例子还有很多 。例如 , 过去的质量守恒定律 , 质量被认为是物质所固有的含量 , 其具有绝对的不灭性 。然而 , 放射性元素的被发现 , 当重元素衰变为轻元素时 , 有部分质量转变为能量 。于是 , 质量的超然地位及其神秘性不复存在了 , 其只是能量的聚集 , 是被封闭的粒子关于其空间效应的度量 。
光速不变的绝对性 , 是爱因斯坦从光速不变的现象归纳出来的 。由于自然界存在着质的变化 , 使归纳法的应用受到了限制 。一旦归纳出的规律超出了质变的范围 , 该规律就失效了 , 从而限制了规律的绝对性 。
比如 , 迈克尔逊-莫雷实验的零结果 , 意味着光速与光源相关;而双星实验中的星光 , 具有频率的周期性变化 , 又说明光速与光源无关 , 而与空间相关 。对于这对矛盾的现象 , 有两种不同的解决方案 。其一是提出一个物理机制 , 使对立的现象分隔在不同的区域 , 从而化解了矛盾;其二是爱因斯坦的做法 , 他认为所有参照系中的光速都是一样的 , 用光速不变的绝对性来消除对立的现象 。
然而 , 在现实的世界中 , 参照系的性质是不同的 。这也是物体的运动具有物理意义的原因 , 即速度只有相对于物理背景的运动才是有意义的 。例如 , 我们在河水中游泳 , 水流是物理背景 , 其是我们运动的参照系 。只有相对于河水的运动 , 才会对我们产生阻力 。至于岸边的人或树木 , 他们与我们的相对运动 , 只是表观的运动 , 并没有实际的物理意义 。
类似于声障 , 相对于物理背景的运动速度越大 , 该背景对运动物体的影响也就越大 , 从而使之产生了相应的变化 。这就是空间的运动效应 , 结合狭义相对论就是相对论效应 , 如尺缩、钟慢和质增等 。
然而 , 根据狭义相对性原理 , 所有的参照系都是完全相同的 , 那么究竟哪个参照系上的孪生兄弟更年轻呢?参照系的绝对相同 , 取消了运动的物理意义 , 因而相对性效应仅只是数学的变换 。
比如 , 如果我们固执地认为人的体重是绝对不变的 。于是 , 要求在任何维度上称量体重都是一样的(货物交易就是如此要求的) 。然而 , 地球是椭圆的 , 不同维度的重力是不一样的 。于是 , 只有修正不同地区的体重秤 , 使它们得出的读数保持不变 。由此 , 各地的修正值就成为了相对论效应 , 因而其只是数学上的变换 。这就好比我们用不同的语言说同一句话 , 虽然发音不同 , 但意思却是不变的 。
实际上 , 光速相对于物理背景和能量 , 只具有相对的不变性 。因而 , 光速c只是一个普通的物理参量 。由于物理背景的存在 , 物体的能量有两种存在形式 , 即动能与势能 。低速时 , 以动能为主;高速时 , 则以势能为主 。这就是为什么 , 在高速时 , 物体的运动具有速度不变性的原因 。


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