第297章 顛覆
第297章 顛覆
簡單的頒發(fā)證書儀式過后，邁克爾遜對李諭說：“按照傳統(tǒng)，我們要與新入會(huì)員進(jìn)行一次物理學(xué)的研討�！�
李諭說：“沒有問題，會(huì)長請�！�
邁克爾遜想了想說：“不若就采用我擅長的光學(xué)領(lǐng)域吧。閣下一定知道，當(dāng)今物理學(xué)界對于光速不變一事至今無法給出解釋，甚至英國的物理學(xué)泰斗開爾文勛爵將其稱為一朵烏云。”
邁克爾遜提出這問題太切合了，畢竟此朵烏云就是他的邁克爾遜-莫雷試驗(yàn)帶來的。
李諭說：“的確是一朵不得了的烏云，因?yàn)楣馑俨蛔儫o法用經(jīng)典的力學(xué)理論詮釋�！�
邁克爾遜說：“問題正是出在這里，很多人隱隱能夠感覺到它背后似乎藏著什么自然界的奧秘，所以不少人嘗試從理論上解釋或者證明它�！�
李諭卻說：“我想光速不變根本無法解釋也無法證明，因?yàn)檫@本身就是最基本的一個(gè)物理量，就像玻爾茲曼常數(shù)等�！�
邁克爾遜說：“但依照麥克斯韋先生的方程組，光速可以推導(dǎo)出來�！�
邁克爾遜說的推導(dǎo)，就是利用麥克斯韋方程組進(jìn)行光速計(jì)算。
過程涉及了一些較為高深的數(shù)學(xué)內(nèi)容，不過總體上并不是特別難，不用專門的數(shù)學(xué)系，物理系的學(xué)生也可完成。
畢竟后世的物理專業(yè)離不開重要的數(shù)學(xué)工具。
總之經(jīng)過一系列如張量、旋度的代入后，就可以得到一個(gè)光速非常簡單的表達(dá)式：
C=1/εμ。
（受限于格式，分母有根號(hào)沒打出來，不過不影響理解。）
總之最后光速可以僅由兩個(gè)常數(shù)決定，即真空介電常數(shù)ε與真空磁導(dǎo)率μ。
既然后兩個(gè)都是常數(shù)，那光速自然也是常數(shù)。
麥克斯韋與狹義相對論相距只有0.1毫米。
但在狹義相對論誕生的前夜，麥克斯韋未能想明白為什么光速成了一個(gè)常數(shù)，這是個(gè)超級(jí)棘手的問題。
不過實(shí)際上，現(xiàn)代人都明白，嚴(yán)格意義上，我們不能說麥克斯韋方程組推出了光速或證明了光速不變原理，以上的推導(dǎo)僅僅是給出了光速與電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的關(guān)系。
于是李諭說道：“會(huì)長先生，您作為優(yōu)秀的物理學(xué)家，一定知道，自古以來很多最基本的物理道理都無法進(jìn)行證明�！�
“無法證明？”邁克爾遜本來想反駁，但自己畢竟浸飲于光速測量太多年，深知不會(huì)有錯(cuò)，或許無法證明真的就是答案。
李諭繼續(xù)說：“柯南·道爾先生的《福爾摩斯探案集》中，福爾摩斯對華生說過這么一句話，當(dāng)你排除一切不可能的情況，剩下的，不管多難以置信，那都是事實(shí)�！�
看過相關(guān)電影或者影視劇的一定非常有印象，這句話用英文說出來也挺酷。
邁克爾遜說：“我看過這套優(yōu)秀的推理小說集，你的引用頗有道理。如果誠如你所說，光速不變無法證明，那它豈不成了一個(gè)公理或者公設(shè)？”
李諭鄭重說：“沒錯(cuò)！”
邁克爾遜倒吸一口涼氣，數(shù)學(xué)史上堪稱革命般的轟轟烈烈第五公設(shè)近在眼前，他不得不表示出了極大的震撼。
所謂公設(shè)，就是無需證明的基本原理。
歐幾里得用五個(gè)公設(shè)便推演出了龐大的歐式幾何，即大家熟知的經(jīng)典幾何學(xué)，五大公設(shè)看起來都非�；A(chǔ)：
①任意一點(diǎn)到另外任意一點(diǎn)可以畫直線
②一條有限線段可以繼續(xù)延長
③以任意點(diǎn)為心及任意的距離可以畫圓
④凡直角都彼此相等
⑤同平面內(nèi)一條直線和另外兩條直線相交，若在某一側(cè)的兩個(gè)內(nèi)角和小于二直角的和，則這二直線經(jīng)無限延長后在這一側(cè)相交。
問題出在了第五公設(shè)上。
因?yàn)樗颓八臈l比，明顯太長了。
就連歐幾里得本人都對它不滿意，想要證明它，但無功而返。
——千萬不要覺得數(shù)學(xué)家是沒事找事干，數(shù)學(xué)的建立一直是最為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模稽c(diǎn)馬虎不得。
后來數(shù)學(xué)公理化，甚至對1+1=2進(jìn)行了一次漫長的證明過程。
注意，是“后來”，也就是起碼在1903年底這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，還沒有給出證明。
這事比較復(fù)雜，簡單說就是7年后羅素和他的老師懷特海開始寫《數(shù)學(xué)原理》，就是要搞定各種悖論，然后用邏輯來解釋公理。
最初他們繞了很大的彎子，證明1+1=2用了379頁紙！
這本書看起來就是天書。
當(dāng)然更沒必要看，因?yàn)樗麄兝@的彎子太多，語言也太啰嗦。
很多人都吐槽過，再加上此后哥德爾不完備定理橫空出世，基本上宣告了羅素這套理論的失敗。
但人家總歸是進(jìn)行了探索嘗試。
其實(shí)后世人們可以用皮亞諾公理體系，兩頁紙就證出來1+1=2。
在繞回來第五公設(shè)，它實(shí)際上不僅深深影響了數(shù)學(xué)界，對物理學(xué)界尤其是相對論的誕生同樣影響深遠(yuǎn)，所以不得不說。
因?yàn)榈谖骞O(shè)直接導(dǎo)致了非歐幾何的誕生。
俄國的數(shù)學(xué)家羅巴切夫斯基與德國的黎曼分別完成了自己的非歐幾何演繹。
二者并不太一樣，但過程都是數(shù)學(xué)史上革命級(jí)別的大事。
言而總之，就是一旦基礎(chǔ)的公理或者公設(shè)錯(cuò)了，整個(gè)數(shù)理大廈都要修改，然后誕生出一座更加恢宏的大廈。
數(shù)學(xué)界已經(jīng)經(jīng)歷了一次如此的大規(guī)模改動(dòng)。
而作為先導(dǎo)，數(shù)學(xué)完成了革命，物理等學(xué)科就可以利用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行革命。
因?yàn)橄鄬φ摼褪墙⒃诹死杪鼛缀沃�，也就是非歐幾何之上。
后來人們耳熟能詳?shù)摹耙?dǎo)致時(shí)空彎曲”等理論，離不開黎曼的幾何。
另外，引力也是個(gè)看似最好理解，卻是個(gè)超級(jí)無底洞般的大坑。
甚至愛因斯坦晚年都在這上面栽了大跟頭，直接導(dǎo)致所謂“大統(tǒng)一理論”不可能完成。
因?yàn)閻垡蛩固棺咤e(cuò)了方向，引力實(shí)際上是最難的，應(yīng)該最后納入。
不過怪不得愛因斯坦，因?yàn)槟菚r(shí)候人們還不知道四大作用力中的強(qiáng)力與弱力。
其中關(guān)系有點(diǎn)復(fù)雜，以后得慢慢說。
反正現(xiàn)在邁克爾遜瞬間就聽出了李諭話中的意思：“你是說，光速不變應(yīng)當(dāng)作為一種公理進(jìn)行龐大的推演？”
李諭點(diǎn)點(diǎn)頭：“相對于麥克斯韋方程推導(dǎo)出光速表達(dá)式中所用的兩個(gè)常數(shù)電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，真空光速是一個(gè)更為基本的物理量。當(dāng)然，不能否認(rèn)麥克斯韋方程組的偉大，它用一種簡單的方式向我們暗示了光速可能是不變的�！�
李諭說得有點(diǎn)小保守，因?yàn)楹髞斫?jīng)過證明，麥克斯韋方程組對相對論體系同樣適用。
所以才說麥克斯韋差一點(diǎn)點(diǎn)就摸到了狹義相對論的門檻，他真的就在門前。
邁克爾遜不同于常規(guī)的物理學(xué)家，他自己就是堅(jiān)定的光速不變支持者。誰叫他一輩子都在做光速的測量，沒有人比他更明白不管如何做實(shí)驗(yàn)，光速都是不變的。
這里說的是真空下的光速，因?yàn)楸娝苤泄馑僖兟?
原因很簡單：光的傳播本身不需要介質(zhì)，介質(zhì)反而會(huì)讓光速變慢。
邁克爾遜沉思一會(huì)兒，說：“我閱讀過你的書籍，你的論文無不都是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)與深刻的物理解釋并行，今天卻說光速不變無法用數(shù)學(xué)推導(dǎo)，讓我心中不禁產(chǎn)生一絲寒意。”
他對李諭的能力是相信的，但李諭今天的話信息量太大。
李諭說：“沒什么好奇怪的，物理學(xué)中有太多原理都不是靠的推導(dǎo)，而是通過實(shí)驗(yàn)得來。既然實(shí)驗(yàn)沒有錯(cuò)，就說明自然界的奧秘就是如此。就像蘋果會(huì)從樹上掉下來�！�
邁克爾遜有些恍然：“我明白你的意思了，蘋果從樹上掉下，啟迪牛頓發(fā)現(xiàn)了恢宏的力學(xué)三定律；而人們也并沒有想去證明蘋果為什么從樹上掉下來。今天的光速不變同樣如此，無需證明�！�
“果然是會(huì)長！就是這個(gè)道理，”李諭說，現(xiàn)在能坦然接受此觀點(diǎn)的，全世界估計(jì)都沒幾個(gè)，他然后說，“所以即便您問我光速為什么是恒定的，我也只能遺憾地回答三個(gè)字，‘不知道’。”
邁克爾遜笑道：“你倒是很坦誠�！�
李諭攤攤手：“我只能這么回答，說到底光速不變就是試驗(yàn)結(jié)果，并非理論推導(dǎo)�！�
起碼到李諭穿越前，光速為什么不變，人類真的不知道。
再直白點(diǎn)說，它就是一種人為規(guī)定，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是這樣。
如果哪天試驗(yàn)測出來光速能改變，估計(jì)那時(shí)候整個(gè)物理世界又要崩塌個(gè)一大半。
因?yàn)檫@種顛覆就和地球上蘋果掉落，突然往天上飛一樣。
那時(shí)候整個(gè)物理理論都要重新建設(shè)。
物理學(xué)嘛，就是這樣，有了實(shí)驗(yàn)，然后去解釋現(xiàn)象，你不可能懷疑自然界有錯(cuò)誤。
不過這種事應(yīng)該不可能，起碼在現(xiàn)在這個(gè)宇宙下不可能。、
（除非有三體人的智子干預(yù)。）
邁克爾遜說：“我越發(fā)感覺，讓你加入物理學(xué)會(huì)是多么明智的選擇。上次白宮晚宴短暫相聚，今天深入探討，我對你的數(shù)理學(xué)識(shí)佩服得四肢投地�！�
李諭笑道：“是五體投地。”
自從他的星戰(zhàn)系列發(fā)表后，李諭就發(fā)現(xiàn)好多人喜歡說一些“中國諺語”，但成語實(shí)在是說不好。
邁克爾遜說：“我今天就會(huì)對談話進(jìn)行整理，明天發(fā)表于會(huì)報(bào)上�！�
——
美國北卡羅來納州，基蒂霍克。
很多人對于北卡羅來納的印象最初應(yīng)該是來自喬丹。
喬丹就是從北卡羅來納大學(xué)校隊(duì)出來的，現(xiàn)在他還是北卡羅來納州夏洛特黃蜂隊(duì)老板。
此時(shí)的寒風(fēng)已經(jīng)比較凜冽。
當(dāng)李諭帶著幾人在空曠的沙灘上出現(xiàn)時(shí)，萊特兄弟一眼就看到了他們。
因?yàn)榻裉斓綀龅娜撕苌�，除了李諭一行，只有五人在現(xiàn)場觀看。
萊特兄弟興沖沖跑過來：“李諭先生，您怎么來了？”
李諭笑道：“我都說了，要看你們帶著我的發(fā)動(dòng)機(jī)飛上天空。”
哥哥威爾伯·萊特說：“實(shí)在想不到，您作為世界頂級(jí)的科學(xué)家，會(huì)看好我們的飛行試驗(yàn)。”
李諭大體給他們也講了講萬戶的故事。
弟弟奧威爾·萊特說：“原來幾百年前中國人就有這樣的夢想，我一直以為最初是達(dá)芬奇先生有飛行的想法�！�
達(dá)芬奇也是個(gè)全才加奇人，在其手稿中的確設(shè)計(jì)有撲翼機(jī)，甚至還設(shè)計(jì)了直升機(jī)和降落傘。
感覺就像個(gè)穿越者。
牛頓有一句名言：“如果我比別人看得遠(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募缟稀！?
雖然這句話開始針對的是胡克，但的確很有道理。
同樣適用于萊特兄弟。
實(shí)際上在萊特兄弟之前的幾十年間，已經(jīng)有不少人在飛機(jī)結(jié)構(gòu)、升力與阻力研究、穩(wěn)定與操縱、滑翔飛行等方面做了大量工作，取得了許多成果。沒有他們作為先驅(qū)，萊特兄弟不可能成功。
萊特兄弟興致勃勃地帶著李諭參觀了他們今天的飛機(jī)“飛行者1號(hào)”。
這架飛機(jī)看起來不算小，翼展有12米多，現(xiàn)代的戰(zhàn)斗機(jī)差不多十四五米。
不過起飛重量只有可憐的360kg。對比一下，殲15或者F18的起飛重量高達(dá)30多噸。
如果是民航客機(jī)如波音737什么的，將會(huì)更高，直接超過50噸。
哥哥威爾伯·萊特看了看天氣：“可以開始了。”
弟弟奧威爾·萊特拿出一枚硬幣，兩人用猜硬幣的方式最終決定由弟弟奧威爾首先駕駛。
奧威爾爬上飛機(jī)的下機(jī)翼，手中握著木制的操縱桿，對威爾伯說：“哥哥，發(fā)動(dòng)它吧！”
是的，這架飛機(jī)并不能由一個(gè)人來發(fā)動(dòng)，需要威爾伯在飛機(jī)下發(fā)動(dòng)引擎然后推著它滑行起來。
這……屬實(shí)有點(diǎn)不太合適。
李諭感覺有必要給他們介紹一下自己的電子打火系統(tǒng)。
用搖桿啟動(dòng)汽車已經(jīng)很不紳士了，搖桿啟動(dòng)飛機(jī)真就是牛X上天。
手搖拖拉機(jī)直呼內(nèi)行！
但總體來說，經(jīng)歷過這么多次的風(fēng)洞試驗(yàn)，飛機(jī)的姿態(tài)控制得還不錯(cuò)。
速度起來后，威爾伯松開手，飛行者1號(hào)顫巍巍飛了出去。
好在這架飛機(jī)的推重比只有0.03，不然人力推飛機(jī)真搞不定。
飛行者1號(hào)僅僅飛了12秒鐘，在36米外落地。
然后換哥哥駕駛，飛了59秒，260米。
數(shù)據(jù)聽著還不如后世的翼裝飛行，不過作為人類第一次動(dòng)力飛行，意義已經(jīng)足夠。
兄弟兩個(gè)玩得興致勃勃，還想繼續(xù)試飛，但一陣狂風(fēng)刮來，將飛機(jī)掀翻，受到了嚴(yán)重?fù)p傷，他們才不得不停止了飛行試驗(yàn)。
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