简单的颁发证书仪式过后,迈克尔逊对李谕说:“按照传统,我们要与新入会员进行一次物理学的研讨。”
李谕说:“没有问题,会长请。”
迈克尔逊想了想说:“不若就采用我擅长的光学领域吧。阁下一定知道,当今物理学界对于光速不变一事至今无法给出解释,甚至英国的物理学泰斗开尔文勋爵将其称为一朵乌云。”
迈克尔逊提出这问题太切合了,毕竟此朵乌云就是他的迈克尔逊-莫雷试验带来的。
李谕说:“的确是一朵不得了的乌云,因为光速不变无法用经典的力学理论诠释。”
迈克尔逊说:“问题正是出在这里,很多人隐隐能够感觉到它背后似乎藏着什么自然界的奥秘,所以不少人尝试从理论上解释或者证明它。”
李谕却说:“我想光速不变根本无法解释也无法证明,因为这本身就是最基本的一个物理量,就像玻尔兹曼常数等。”
迈克尔逊说:“但依照麦克斯韦先生的方程组,光速可以推导出来。”
迈克尔逊说的推导,就是利用麦克斯韦方程组进行光速计算。
过程涉及了一些较为高深的数学内容,不过总体上并不是特别难,不用专门的数学系,物理系的学生也可完成。
毕竟后世的物理专业离不开重要的数学工具。
总之经过一系列如张量、旋度的代入后,就可以得到一个光速非常简单的表达式:
c=1eμ。
总之最后光速可以仅由两个常数决定,即真空介电常数e与真空磁导率μ。
既然后两个都是常数,那光速自然也是常数。
麦克斯韦与狭义相对论相距只有0.1毫米。
但在狭义相对论诞生的前夜,麦克斯韦未能想明白为什么光速成了一个常数,这是个超级棘手的问题。
不过实际上,现代人都明白,严格意义上,我们不能说麦克斯韦方程组推出了光速或证明了光速不变原理,以上的推导仅仅是给出了光速与电导率和磁导率的关系。
于是李谕说道:“会长先生,您作为优秀的物理学家,一定知道,自古以来很多最基本的物理道理都无法进行证明。”
“无法证明?”迈克尔逊本来想反驳,但自己毕竟浸饮于光速测量太多年,深知不会有错,或许无法证明真的就是答桉。
李谕继续说:“柯南·道尔先生的《福尔摩斯探桉集》中,福尔摩斯对华生说过这么一句话,当你排除一切不可能的情况,剩下的,不管多难以置信,那都是事实。”
看过相关电影或者影视剧的一定非常有印象,这句话用英文说出来也挺酷。
迈克尔逊说:“我看过这套优秀的推理小说集,你的引用颇有道理。如果诚如你所说,光速不变无法证明,那它岂不成了一个公理或者公设?”
李谕郑重说:“没错!”
迈克尔逊倒吸一口凉气,数学史上堪称革命般的轰轰烈烈第五公设近在眼前,他不得不表示出了极大的震撼。
所谓公设,就是无需证明的基本原理。
欧几里得用五个公设便推演出了庞大的欧式几何,即大家熟知的经典几何学,五大公设看起来都非常基础:
一任意一点到另外任意一点可以画直线
2一条有限线段可以继续延长
三以任意点为心及任意的距离可以画圆
四凡直角都彼此相等
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