Tag: magnetic field

我在《光的祕密》文中討論了電磁學的發展，以及馬克士威方程如何預言電磁波的存在。但是在 19 世紀末的物理學界仍然存在好幾片烏雲，而且正不斷擴大。其中一片就是牛頓力學與電磁學的結論互相抵觸。 相對性原理 (principle of relativity) 其實並非愛因斯坦所發現的。人類似乎很早就知道 (卻沒有去追問為甚麼，彷彿一切都是必然的) 我們能在行駛中的船上以在地上一樣的力度和角度打桌球、廚師能以在地上一樣的技巧將薄餅拋來拋去、而你也能夠在正以時速 900 公里飛行的飛機上從容不迫地與在地面上一樣做相同的動作。看來，我們習慣所有東西都是理所當然的。懷海德 (Alfred North Whitehead) 說 “It requires a very unusual mind to undertake the analysis of the obvious.” 伽利略是個 unusual mind。他發現了鐘擺等時定律、也發現了物質具有慣性 (inertia)，即沒有被施外力的物質會一直保特其運動速度，即是以同樣的速率與方向繼續運動。所以相對性原理其實是伽利略發現的。 牛頓也知道伽利略發現了這個超越古希臘的知識。由觀察蘋果和月球的運動得出萬有引力定律的牛頓，肯定也是個 unusual mind。這是發生在 17 世紀的故事，距公元 5 世紀愛奧尼亞文明的衰亡足足遲了 1200 多年。我經常想像，如果阿基米德沒有被羅馬士兵所殺，也許人類文明會比現在進步上千年。 回到主題。究竟描述光的電磁學與描述時空的相對論有何關係？關係在於電磁波動方程： 其中 E 及 B 分別為電場及磁場，它們頭上的箭咀表示它們是三維向量。由上述公式可知電磁波的存在，其速度約為每秒 30 萬公里。究竟秒速 30 萬公里有甚麼問題呢？這個數字本身沒有問題，問題在於這一數字是個常數，即其數值不會改變。在數學中，我們都清楚知道常數的數學規則。但在現實中，「光速是個常數」究竟是甚麼意思？「不會改變」究竟是指何種情況之下不會改變？愛因斯坦的答案是：在宇宙間任何時間、地點、運動狀態下都不會改變！ 想像小明在火車車廂中以速度 u 跑步，而火車正以速度 v…… Continue reading 照亮相對論的光 (上)