危機#

麥克斯韋留下的三大遺產#

回顧麥克斯韋的成就：

四個方程描述了所有電磁現象
變化的電場和磁場相互激發 → 電磁波
電磁波速度 = 光速 → 光就是電磁波

這些都是偉大的發現。但一個致命的問題隨之浮現。

光速相對於誰？#

麥克斯韋方程給出了一個確定的光速值（約 30 萬公里/秒），但沒有指定參考系。

速度總是相對的——你說一輛車速度 100 公里/小時，是相對於地面。那麼光速 30 萬公里/秒，是相對於什麼？

兩個選項，都有問題#

選項一：光速相對於光源#

如果光速是相對於發出光的物體，那麼運動光源發出的光應該更快或更慢
天文觀測否定了這一選項：觀測雙星系統發現，無論恆星朝向我們運動還是遠離我們，光速都不變
光速與光源的運動狀態無關

選項二：光速相對於某種介質——「以太」#

類似聲波相對於空氣傳播，也許光波相對於一種充滿宇宙的介質「以太（ether）」傳播
但這會帶來一個嚴重後果：運動的觀察者測量到的光速就會不同
這意味著你可以通過測量光速來判斷自己是否在運動
這將摧毀伽利略以來的基本原理——勻速運動和靜止是等價的，物理定律在所有慣性參考系中都相同

這就是 19 世紀末物理學的根本危機：光速是一個確定的值，但找不到合理的參考系來安放它。相對於光源？天文觀測說不。相對於以太？物理學的根基就會動搖。兩條路都走不通，物理學需要一個全新的答案——這個答案，就是愛因斯坦的狹義相對論（special relativity）。