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本文目录一览：

1、光波是电磁波吗

2、光为什么是电磁波

光波是电磁波吗

不知从何时开始，网络上不少文章开始宣称，科学家说时间根本就不存在，只是人的一种错觉罢了。而且文章里面还说得神乎其神，就差让你相信四大皆空了。

Tips：时区是地球上的区域使用同一个时间定义。1863年，首次使用时区的概念。通过设立一个区域的标准时间部分地解决了这个问题。正式的时区划分包括24个时区。

那么问题来了，这些文章中说到的科学家究竟是谁？时间究竟是真实存在还是莫须有的幻觉呢？这次我们就来好好聊聊，科学家眼中的时间，究竟是什么东西。

爱因斯坦为什么说时间是幻觉？

好巧不巧，说出这句话的不是别人，而是提出了相对论的爱因斯坦。要知道，相对论就是以时间和空间为基础提出来的学说，爱因斯坦说时间是幻觉，就等同于在否定自己提出来的相对论。这明显矛盾站不住脚，事实的真相到底如何呢？

Tips：相对论Theory of relativity，是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。它们共同奠定了现代物理学的基础。

想要说清楚这件事，就不得不提到爱因斯坦的挚友，米凯莱·贝索。在爱因斯坦76年的人生中，很多人都和他打过交道，但基本上都是泛泛之交。如果说有谁深深影响过爱因斯坦，那一定是贝索。

米凯莱·贝索并不出名，他是一位意大利裔的瑞士工程师，曾和爱因斯坦同在苏黎世联邦理工学院就读，两人从此结下了不解之缘。虽然他们所学的专业完全不同，爱因斯坦攻读的是数学物理，而索尔是机械工程，但是相同的爱好让他们走到了一起。

在伯尔尼，爱因斯坦组织了一个叫做“奥林匹亚学院”的读书会，几个同好们坐在一起看书讨论哲学。当时的爱因斯坦名不见经传，几个穷小子坐在一起谈论哲学和宇宙倒也痛快。

Tips：爱因斯坦和好友：莫里斯·索洛文和康拉德·哈比希特，怀着对科学和哲学的共同兴趣，经常一个叫奥林匹亚的咖啡馆中展开讨论，并开玩笑地把他们的聚会称为“奥林匹亚科学院”。

当时的贝索向爱因斯坦推荐了哲学家恩斯特·马赫的著作。这位哲学兼物理学家的世界观十分有趣，他否定牛顿的绝对时空观念，认为所有事物的属性，比如时间空间这类概念，其实都不是人能客观感受到的，只有通过函数逻辑才能找寻其中的规律。这些思想极大启发了爱因斯坦，并成为他构建相对论的关键环节，所以老爱本人也把他尊为相对论的先驱。

正因为有这层渊源，爱因斯坦一直和贝索互有联系，甚至可以说，贝索是这个世界上第一个听爱因斯坦讲相对论的人。一直到晚年，两个人还在互通书信。

Tips：经典力学总结了低速物体的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观。绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有绝对性。

1955年3月15日，81岁的米凯莱·贝索溘然长逝，作为挚友的爱因斯坦自然悲痛万分。他在写给贝索妹妹的信中说道：“如今，他先我一步，离开了这个奇异的世界。这并不意味着什么。对于我们这些抱有信念的物理学家来说，过去、现在和未来之差别的唯一意义，只不过是一种纵然有些顽固的幻觉而已。”

这句话，被后来很多人摘抄出来，成了科学家否定时间存在的证据。那么，爱因斯坦说的这句话，究竟是安慰死者的悼词，还是自己深信不疑的哲理箴言呢？

Tips：时间是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数，确定时间，是靠不受外界影响的物质周期变化的规律。

其实，只要你了解过爱因斯坦的相对论，你就会明白，这里所说的幻觉，并不是在否定时间，而是在用尽量通俗的说法，向贝索的妹妹传达“我们这些物理学家”眼中的时空观。时间并不是一支开弓就不能回头的箭，因为每一个人经历的时间并不相同，只要你速度足够快，就可挽留时间，甚至让它逆转。

所以从某种意义上来说，已去的逝者其实没有走远，只不过我们还没有办法触碰到过去罢了，于是，死亡成了一个顽固的幻觉。这种说法可和我们平常说的“永远活在我们心中”的意思完全不同。我们可以试想一下，如果说人类真的发明出了时间机器，可以穿越时空回到过去，那么我们真的可以拜访一下已经去世的亲朋好友。

Tips：时空旅行Time travel，泛指人或者其它物体由某一时间点移动到另外一个时间点。时间旅行单指违反我们平时生活中的时间变化规律方式，穿越到未来或回到过去。

这个时候，死亡还是难以割舍的味道吗？显然不是，到那个时候，时间只不过是一个玩具，随我们任意摆弄，这就是相对论告诉我们的可怕事实。为什么在物理学家的眼里，时间变成了一个可以前进后退的，想快就快想慢就慢的维度了呢？我们不妨先从牛顿的绝对时空观开始，讲讲物理学的发展史。

牛顿的绝对时空观

时间的流逝会不会被什么条件改变？在爱因斯坦之前，大家都相信这个世界上没有什么东西可以影响时间，它是绝对无法被改变的东西，永远都按照固定的流逝速度飞快消逝，是这个世界上最公平公正的存在。在物理学上，把时间规定的如此刻板的人，就是牛顿的经典力学。

Tips：经典力学是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等价的其他力学原理，有两个基本假定：其一是假定时间和空间是绝对的，其二是一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定。

由来也非常简单，就是一个计算物体运动速度的问题。如何计算一个物体的速度？我们小时候就学过，速度等于路程除以时间。不过，这种算法测出来的速度是真实的吗？比如说一辆汽车以120公里每小时的速度飞奔，这在以地面为参考的时候并没有什么问题。但是我们把眼光扩大，地球不但在自转，还在绕着太阳公转，而整个太阳系也在围绕仙女座旋转。只要我们改变了参考的目标，速度就会完全不同。

比如说，以汽车为参考系，那么车里面的人其实是静止的，如果以地面为参考系，车里的人才是运动着的。也就是说，速度其实并不绝对，它是一个相对的量，主要取决于我们以什么为参考。所以，当我们在测量和计算速度的时候，常常要进行坐标系的变换。这里小编出一道题，大家有兴趣可以停下来自己算算。

Tips:地球公转，是指地球按一定轨道围绕太阳转动。地球自转，是指地球绕自转轴自西向东的转动，从北极点上空看呈逆时针旋转，从南极点上空看呈顺时针旋转。

比如说，有两辆火车在平行的铁轨上朝同一个方向行驶。一辆的速度是80公里每小时，火车里有一个小孩以5公里每小时的速度在走廊里向前跑。另一辆火车的速度是90公里每小时，车里有一个小孩以5公里每小时的速度向后跑。问这两个小孩的相对速度是多少。

这道题解起来很简单，只要把两个小孩相对于火车的奔跑速度换算成相对于地面的速度，就能求出来两个小孩的相对速度其实是零。

通过这个简单的例子，我们就能明白牛顿力学里对速度的诠释。速度是相对而言的，但不管坐标系怎么变化，大家经历的时间都是一样的。这就是牛顿阐释出的绝对时空观，时间不会因为任何外力而改变，永远都在均匀地流逝。于是，在牛顿的经典力学里，测量时间非常简单，拿一个秒表咔咔一按，时间T就被确定下来了。

Tips：电磁学electromagnetism，是研究电磁现象的规律和应用的物理学分支学科，起源于18世纪。广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。

不过，随着电磁学的发展，人们却发现，有些东西的速度，没有办法像上面的例子一样，用坐标变换就能求出来。牛顿经典力学受到了挑战。

奇怪的光速不变

第一个跳出来打脸牛顿的是光速。我们继续用火车来举例子，假设火车前面有一盏灯，那么这盏灯照出来的光，速度相对于地面是多少呢？如果按照牛顿经典力学来算，那么速度就是火车的时速再加上光速。但事实是，经过测算，不管火车跑多快，测量出来的光速一直都是恒定的每秒钟30万公里。

Tips：光速Lightspeed是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度，约为30万公里/秒。

在一开始，科学家认为问题出在介质上。当时人们认为光是一种波，既然和声音一样，那么必然有传播它的介质。虽然一直没有找到，但学者还是给这种介质按了一个名字，叫做以太。支持者认为，光速不变是因为它在以太中传播的速度是恒定的。不过这样解释又引出了一个新的问题，如果说以太无处不在，那么地球在绕太阳以30公里每秒的速度公转，那岂不是一直在迎面撞上速度为30公里每秒的以太风？

Tips：以太是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质。是物理学史上一种假想的物质观念，其内涵随物理学发展而演变。

想到这里，物理学家迈克尔逊和莫雷二人决定，用实验的方法证明以太的存在。想法很简单，我们只需要用分光镜，把一束光分成两束，让它们之间以90度的直角传播，之后再原路返回。因为以太受地球影响有速度方向，那么这两束光的速度一定是不一样的，所以能看到这两束光的干涉条纹出现变化。

1887年，迈克尔逊和莫雷用自己设计的仪器做了无数次实验，但结论都一样，不管怎么变换角度，干涉条纹都没有变化，这说明此前假设的以太根本就不存在。光速就是恒定不变的！

Tips：电子 Electron，是最早发现的基本粒子，带负电，电量为1.602176634×10库仑，是电量的最小单元，质量为9.10956×10kg，常用符号e表示。

与此类似的例子还有电子的运动。电子定向移动会产生电磁场，速度越快电磁场就越强。但是，不管你让电子在地面运动，还是在火车上运动，磁场都不会发生变化。

时间是相对的

很显然，运动不仅是改变了速度那么简单。在这个过程中，一定有什么东西，跟着速度一起变了。物理学家洛伦兹结合了牛顿经典力学中的伽利略变换和解释电磁学的麦克斯韦方程，联立推导出了基于迈克尔逊-莫雷实验基础上的洛伦兹变换，解释了为什么光速不变。

他认为，在运动的过程中，空间也在发生变化。一个运动的物体，它的长度会比静止时要短。这种变化十分微弱，只能用微积分的方法算出来。光速之所以保持不变，是因为它走过的路程变短了，这被称为洛伦兹收缩。

Tips："洛伦兹收缩"不是"尺缩钟慢"，而是减速效应。静止观测者观测运动坐标系中沿坐标运动方向上发生的物体位移速度,与跟随运动物体进行观测相比变慢了。

也就是说，原本牛顿以为绝对不变的空间，其实是会随着运动而变化的。但实际上，洛伦兹只对了一半，他差点成为了爱因斯坦。但洛伦兹依旧把时间当做是绝对不变的量。在洛伦兹看来，以太依旧存在，不过它是绝对静止的。任何相对于以太的运动，都会出现“尺缩”效应。直到爱因斯坦推导出了狭义相对论，把时间也变成了相对的量，世人才终于明白，原来时间也不是绝对的，它会随着物体运动速度的加快而变慢。

Tips：引力波，在物理学中是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。换句话说，引力波是物质和能量的剧烈运动和变化所产生的一种物质波。

如果你以接近光速的速度飞行，那么你经历的时间，要相对于地上的人要慢得多。如果你的速度达到光速，你的时间就会静止。如果你超过光速，你的时间就会倒流。在之后的广义相对论中，爱因斯坦把尺缩钟慢，以及引力等等自然现象结合在一起，提出了广义相对论，才终于把一个完美的时空观呈现在世人面前。

结语

在物理学家眼中，时间和空间绝对不是幻觉。只不过和速度一样，都是相对而言的物理量。如今，相对论已经广泛应用到现实之中，比如卫星定位系统，就是靠相对论原理修正，才实现了精准导航的能力。

Tips：全球定位系统Global Positioning System，是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。

这个时候我们再回过头来看看爱因斯坦写给贝索的信，你就会明白，他所说的幻觉，其实指的是牛顿的绝对时空观。

光为什么是电磁波

“光”与“电磁波”之间到底是什么关系？

“光”与“电磁波”之间到底是什么关系？

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“光”与“电磁波”之间到底是什么关系？

via马海飞

在物理学教科书里说的很明确：“光”就是“电磁波”。笔者因为接受了这种观点，长期以来一直也是以为光就是电磁波。可是，随着研究的不断深入，发现问题并不那么简单。所以有必要对光与电磁波之间的关系做出深入的研究和讨论。

先让我们来看这样一个简单的自然现象：晴朗的夜空是黑暗的。但月亮是明亮的。这说明了什么？说明太阳的光线充满了月球周围的太空空间。然而，我们虽然可以看到月亮，却看不到太阳的光线。这又说明了什么？

这个自然现象虽然简单而且每个人都很熟悉，但是，它所反映出来的物理学意义却鲜为人知。这个现象说明：“光”与“电磁波”并不是同一个东西。黑暗的太空中充满的是来自太阳的“电磁波”，而不是“光”。月亮发出的光是来自太阳的电磁波对月球表面发生了作用而产生出来的结果。也就是说，如果电磁波没有作用到物体上的话，光是不会出现和存在的。

上述讨论看似简单，但意义重大。据此我们就可以把光的问题上升到以下这样的理论高度：

1、“光”与“电磁波”指的是不同的物理现象。应该纠正“光是波”的错误传统观念，认清“光”与“电磁波”之间在本质上是不同的。

2、电磁波与所有其他形式的波在本质上是一致的，都是其“介质的振动”。因为电磁波的介质是不可见的场，所以电磁波也是不可见的。

3、“光”的正确定义应该是：“电磁波”中特定（可视）区的波作用在物体上所产生出来的一个可视（光学）结果或效果。就像“力”是两个物体之间的相互作用结果的道理一样。如果没有这种作用的话，即使有电磁波存在，也不会有光出现或存在。

4、为了明确“光”与“电磁波”的不同，建议今后把“光”与“光波”这两个概念严格区分使用。用“光波”来表示可以产生出可视效果的电磁波。例如，在黑暗的太空中充满了来自太阳的“光波”，而不是来自太阳的“光”。把“光作用于xxx”的说法改成“光波作用于xxx”。“光”是可视的，但“光波”是不可视的。不能说“光是波”，而要说“光波是波，光波是电磁波”。如果需要把“光波”简称为“光”时，必须注明。例如“光电效应”中的“光”字代表的应该是“光波”而不是“光”。

5、从“光”是“光波（或电磁波）”对物体作用的结果这个结论上可以看出，“光”是不可能独立存在的。而“光子理论”则是把光作为独立粒子对待的。这就说明“光子”理论是错误的。如果独立的“光子”粒子存在的话，太空的夜晚也应该是明亮的。但事实却并非如此。

很多物理学理论都存在概念不清的问题。有关光的所有理论几乎都没有把光与光波（电磁波）之间的不同搞清楚。因此就把这两个本质完全不同的物理概念混淆使用。结果就产生出了很多问题和混乱来。有了以上理论依据之后，现在我们就可以对此做出纠正了。

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