題主你好。理解相對論的假設,要從牛頓力學、麥克斯韋理論出發。牛頓力學的基礎包含:伽利略相對性原理、絕對時空與力學量的連續性。這三條動搖一條都能讓牛頓力學報廢。伽利略相對性原理,是一個很好理解的原理。力學定律在慣性系之間的坐標變換下保持形式不變。絕對時空則存在問題,曾有一個三流物理學家叫馬赫,他敢批判力學老祖宗。馬赫指出了牛頓的絕對時空存在問題,簡單說就是,絕對時空究竟在哪?馬赫的批判對愛因斯坦構建相對論有很大的影響。至於力學量的連續性假設,在量子力學裡被推翻了。這裡不去討論。

以上討論是為相對論裏的相對性原理鋪墊了基礎。相對性原理被愛因斯坦推廣為:物理定律在慣性系之間的坐標變換下保持形式不變。如果把慣性系放棄掉,變成參考系,那麼這就是廣義相對論的廣義協變性。

下面從麥克斯韋理論出發來討論狹義相對論的第二個假設。麥克斯韋理論的建立是基於四條電磁學方程:電場高斯定理,法拉第電磁感應定律,磁場的"高斯定理",安培環路定理。這四條定理與慣性參考系的選擇無關,也就是說,麥克斯韋理論自動滿足狹義相對論的相對性原理。但是問題隨之而來,我們可以從麥克斯韋理論裏推導出電磁波的波動方程,該方程給出了真空光速的表達式,並且通過計算髮現,真空光速是一個定值。這就有問題了,這個速度到底是以誰為參考系?按照伽利略變換,我們知道不同參考系測量同一個參考系的速度,結果不是不同的。但是現在是不同參考系下測量真空光速卻都是一個值。愛因斯坦以麥克斯韋理論為基礎,提出了另一個假設,這就是光速不變原理。注意,這個假設必須要在麥克斯韋理論成立時候才能成立。

這就是愛因斯坦建立狹義相對論時候,提出的兩個假設。愛因斯坦不是憑空創造出這麼兩個假設,而是基於已有理論而提出來的。這一點很重要。不要無端質疑已有的理論,有理有據有節地質疑是最難的。這樣的人在歷史上很少!

以上從物理學發展歷程來幫助題主理解這兩條假設。如果題主你已經理解了,有一個小練習請你做做——以此為基礎建立狹義相對論,推導所有狹義相對論的基本方程。


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