爱因斯坦为什么能假定所有参考系观测到的光速相同？

8 2025-07-07 19:25

从实验基础角度来看
- 爱因斯坦在提出光速在所有惯性参考系中相同这一假设之前，已经有了迈克尔逊 - 莫雷实验的结果作为参考。迈克尔逊 - 莫雷实验旨在寻找以太（当时人们假设的一种充满空间的介质，光在这种介质中传播）对光速的影响。然而，实验结果显示，在地球上沿着不同方向测量光速，结果都相同。这说明光速似乎不依赖于地球的运动方向，即在不同的惯性参考系（地球可以近似看作惯性参考系）下光速相同。
从理论基础和思辨角度来看
- 爱因斯坦对相对性原理有深入的思考。相对性原理指出，物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。在经典力学中，像牛顿运动定律等力学规律就满足相对性原理。爱因斯坦思考如何将这一原理推广到电磁学等其他物理领域。
- 麦克斯韦方程组是电磁学的基本定律，它预言了光速是一个常数。爱因斯坦在思考如何让物理规律（包括电磁学规律）在所有惯性参考系中保持一致时，就提出了光速不变的假设。这可以看作是将经典力学的相对性原理扩展到包含电磁学在内的所有物理规律的一种尝试。
- 从逻辑自洽的角度讲，如果光速在不同惯性参考系下不同，那么可能会导致物理规律在不同参考系下出现矛盾的情况。例如，在一个参考系中光的传播速度是 c，而在另一个参考系中光的传播速度是 c+v（假设参考系之间有相对速度 v）。当用某些电磁学规律来解释光的传播现象时，就会出现不同参考系下物理规律应用不一致的问题。而假设光速在所有惯性参考系中相同，就可以避免这种矛盾，构建出一套逻辑连贯的相对论体系。

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