三、爱因斯坦关于“光速”的思考

十七世纪以前，人们一般认为光速是无限大的．伽利略对此表示怀疑，他曾试图测量光速，但限于当时的测量手段，结果没有成功．1676 年丹麦天文学家罗默首次测量光速获得成功．在这以后，菲索于 1849 年、

傅科于 1862 年、迈克耳逊在 1925—1926 年相继对光速作了精确的测量， 人们发现光速同光源的运动、光的频率、光的传播方向都没有任何关系， 即光速是一个常数．这一结果就同经典力学的速度合成公式、伽利略变换以及伽利略相对性原理产生了矛盾．另一个矛盾就是如果把电磁场理论运用于运动惯性系，则对于以不同速度运动的两个惯性系，按速度合成公式，电磁场方程中的 C（光速）就要有两个不同的数值，这样电磁场方程在两个不同的惯性系中就要有两种不同的形式，这一推理结果是同相对性原理相矛盾的．相反，如果按相对性原理，则电磁场方程无论在哪个惯性系中都应有相同的形式和相同的 C（光速），这又同经典速度合成公式相矛盾．面对这些矛盾如何去解决呢？爱因斯坦在后来的回忆中曾写道，爱因斯坦从 16 岁的（1895 年）起就开始思考这些问题“如果我以光速追随光波将会看见什么？”直到 1905 年这个问题一直在爱因斯坦的脑海中盘旋而未能得到解决．爱因斯坦想，麦克斯韦电磁场方程不仅在真空静止参考系中成立，在运动惯性系中也完全应该成立．这样一来就得承认光速的

不变性．但光速不变是与速度合成法则和伽利略相对性原理相矛盾，这问题的关键出在哪里呢？爱因斯坦经过十年沉思，“放弃了许多无效的尝试”“终于醒悟到时间是可疑的！”在确立了时间是不能绝对定义的之后，爱因斯坦就在光速不变与速度合成法则之间作了选择：放弃牛顿力学中的速度合成法则．爱因斯坦说：“我解决的办法是分析时间这个概念，时间不能绝对定义，时间与速度之间有不可分割的联系．使用这个新概念，我第一次完满地解决了整个困难．”同时，爱因斯坦又考虑到：“绝对静止的概念，不仅在力学中，而且在电动力学中也不符合现象的特性，倒是应当认为，凡是对力学适用的一切坐标系，对于上述电动力学和光学的定律也一样适用．”这样爱因斯坦在经过十余年的沉思与探索、在解决了一切矛盾之后，在 1905 年春用了五个星期的时间，以光速不变原理和相对性原理两个公设为基础创立了狭义相对论．