中学生女表(中学生女表白词)

首先声明几点:1、本文为基础科普贴,涉及内容主要为狭义相对论,物理强人、高人、牛人并不适合,但欢迎指正讨论。2、本人不是“官科”,也不是“民科”,对于物理学,本人只学习,讨论,扩散,并不研究,没有结论。一切要从迈克耳逊—莫雷实验开始,这个科

首先声明几点:

1、本文为基础科普贴,涉及内容主要为狭义相对论,物理强人、高人、牛人并不适合,但欢迎指正讨论。

2、本人不是“官科”,也不是“民科”,对于物理学,本人只学习,讨论,扩散,并不研究,没有结论。

用最通俗易懂的语言科普《相对论》上集

一切要从迈克耳逊—莫雷实验开始,这个科学史上最成功的失败。于1856,1861和1865年麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831-1879)发表了三篇关于电磁理论的论文,建立起了那个"像诗一样美"的麦克斯韦方程组,这个方程组预言了一种物质:电磁波。1888年,赫兹(Heinrich Hertz,1857-1894)通过实验证实了电磁波的存在,经计算,赫兹发现电磁波的速度等于光速。也就是说,光实际上是电磁波的一种,光,是一种波。

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那么,光速,作为速度,相对应的参考系应该是光波传播的介质,正如声音(声波)传播的介质是空气,所以声音的速度,是相对于空气而言的。光呢?光可以在真空中传播,光传播的介质是什么?

以太?

当时的大部分科学家都是这样想的,以太,无处不在,即使在真空中,它也存在着,光在以太中传播,所以光相对于以太而言,速度为299,845千米/秒。呵呵,以太这东西,自亚里士多德提出,牛顿和麦克斯韦倾力支持过后,现在,我们终于有机会证明它的存在了!就利用光速!

由于地球绕太阳运动,我们必定在穿越以太,同时又由于地球在自转,我们有时候会迎着以太穿越,有时会背着以太穿越。由于我们相对于以太运动,这意味着光速对于我们会时快时慢。那么只要测出光速的变化,也就证实了以太的存在。基于这种思想,1887年,在克利夫兰的凯恩应用科学学校(即现在的凯恩西储大学),迈克耳逊(Albert Michelson, 1852-1931)和莫雷(Edward Morley,1838-1923)进行了实验。

这次实验的严谨程度,前无古人,估计也后无来者了,所以物理学界都对这次实验满怀信心。可故事的发展往往是一波三折的,正所谓物极必反,读者可能已近猜到了:

光速没有变化!一丝一毫都没有!

本来这个实验计划要做半年,分别测量地球在近日点和远日点时对光速变化的影响,但是实验结果是如此确定无疑,这个只做了4天的实验就此夭折(实际上这个实验今天还在做)。完了完了,史上最严谨的实验导致了史上最严重的失败,到底哪里错了了呢?麦克斯韦方程组?不,它仿佛是上帝写成的,不可能是错误的;牛顿的波动光学?嗯,它的确是需要修改的,但是不是,还不是时候。

这时,有两个人,把目光移向了伽利略变换式,这个经典物理学的根基。

在伽利略变换中,假如你你的位置移动了5米的话,那么无论在你的眼中还是在我的眼中,你的位移都是5米;假如你的时间流逝了5分钟,那么我的时间也流逝了5分钟。乍看之下,这是很正常的事,有什么问题吗?和迈克耳逊-莫雷实验的错误有什么关联吗?

爱尔兰物理学家乔治·斐兹杰惹(George Fitzgerald,1851-1901)于1889年提出,不管光相对于地球以什么方式运动,实验上没有测量到光速任何变化的原因是由于整个实验装置(和地球本身)在运动的方向上收缩。基于这个图像,问题得到了解决——光相对于地球的速度"确实"依赖于地球穿过以太的运动,但是实验仪器收缩的大小正好满足光速仍然是299,845千米/秒的错觉。

同样的想法也由洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz,1853-1928)于19世纪90年代独立地提出,洛伦兹还把这个想法比斐兹杰惹向前推进了些,并于1904年建立了一组称为洛伦兹变换的方程(很快你就会在下面看到这组方程)。这组方程描述了物体的长度和其他性质对于不同运动速度的观察者是如何"变换"的。鉴于洛伦兹的理论和思想更为深刻,同时也因为洛伦兹的名气,这种收缩现象我们现在称为"洛伦兹-斐兹杰惹收缩"而不是"斐兹杰惹-洛伦兹收缩"。

这个解释很好地解释了迈克耳逊-莫雷实验的结果,虽然会冒着被奥卡姆剃刀剃掉的风险,它至少为以太的生存留下了最后一点空间,但也仅此而已。以太已是一个奄奄一息,垂死挣扎的病人,只差一个医生来宣告它死亡了。

"以太必须死,因为相对论需要生!"

以太不用等很久,1905年5月,爱因斯坦就在德国的《物理学纪事》杂志上发表了这么一张死亡证——《论运动物体的电动力学》。这篇论文后来有一个很响亮的名字——狭义相对论。

有趣的是,发死亡证的爱因斯坦在那时还不是一名"Doctor",他只是苏黎世联邦工业大学物理专业的一名本科生,时任瑞士伯尔尼专利局三级技术员。

爱因斯坦提出,只要人们愿意抛弃绝对时间的观念,那么"以太"的概念就纯属多余。所有的运动都应是相对的,这意味着没有人有资格说他是绝对静止的,并且以他自己来定义其他物体的运动。严格地说,这种运动的相对性仅适合于相对于另一个观察者做匀速运动的观察者(因为狭义相对论的内容只适用于惯性系,也就是只做匀速直线运动的物体)。在一个加速参照系中的任何人可以说他由于自己感觉到力的作用而运动。举个例子,当一个电梯快速地启动和停止时,你的重量似乎在变化。而如果降落时,电梯降落的加速度比我们熟知的9.8还要快的话,你就会飘到电梯的天花板上,并且感觉到天花板对你好像有引力,仿佛天花板才是电梯的地板。这就是爱因斯坦广义相对论的核心——等效原理。相比起狭义相对论的惯性系,广义相对论把这个思想扩充到包含加速运动、沿着弯曲路径的运动,以及重力的情况。幸运的是,对于本贴的内容,我们无须谈及到广义相对论。

让我们回过头来看看爱因斯坦的狭义相对论,它主要有这几点核心思想:

1、在所有惯性系中,所有的物理规律保持不变。

2、对于所有的参照系,光速在真空中的速度永远是一个常数(c)。

3、同时性的相对性。

4、时间变慢。

5、洛伦兹变换。

6、质能方程。

7、空间收缩。

相信你看到这里已经头昏脑胀了,慢点来,放轻松。我们一个一个来看。

第一点是很明显的,因为要是不是这样,那该是怎么样呢?我们可以在地球上和外太空做同一个物理实验,两者的结果一定相同,如果不同,那么我们将知道我们当中的哪一个是"静止"的,哪一个是"运动"的——这明显违反了我们的常识,重蹈了绝对空间的覆辙。

对于第二点,我们可以再次在地球上和外太空做一个物理实验——测量光速。很明显,即使我们以非常接近光速的速度运动,我们测得的光速都应该不会改变,恒为常数c。而且光速不变在迈克耳逊-莫雷实验中被证实了,绝对空间的概念也被推翻了,那么就只有"对于所有的参照系,光速在真空中的速度永远是一个常数c"了。

光速不变,咱们真的信了吗?

即使信了,咱们能理解光速不变是个什么情况吗?

我们知道,转变观念可不像换零件,新的来了旧的拿走,它更像是换血,搞不好新的也会被污染成旧的。

后面的内容,与光速不变密不可分,离开它,就没有下文。

所以,咱找点儿空闲,找点儿时间,揣着好奇,再回来看看,让自己就像相信“月有阴晴圆缺”那样,不仅深信不疑,还能把它作为一个常识来使用,这样。在以后看爱因斯坦的推导时,能够自然想到,某处是由于光速不变得来的。

麦克斯韦用方程证明了,MM实验证实了,我们通过观测MM也亲眼看到了,光速不变。好像还有一件事没做,那就是思想实验,光速不变原理还可以通过一个有趣的逻辑来证明,这里又要用到小学算术。

为了完成这次思想实验,我们有请两位大牌嫦娥姐姐,吴刚哥哥出场!演出开始!为了嫦娥,地球人你和月球人吴刚吵架,吴刚很气人,你很生气,后果很严重。

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你随手把看月亮用的手电筒朝吴刚扔过去,手电筒脱手的一瞬间,你还无耻地摆了个Pose给嫦娥看。

因为吴刚在月亮上,所以你和吴刚间的距离S是38万公里,手电筒的速度V为15万公里/秒(即使是为了嫦娥,扔这么用力你也太狠毒了),光速C为30万公里/秒。

假如光速是可以随光源的速度叠加的。

那么,那个Pose的影像,会正常以光速向吴刚传去;而手电筒的影像,会以手电筒速度与光速之和向吴刚传去。

现在我们根据“光速可以叠加”的假设,分别算一下三个时间:手电筒影像到达吴刚的时间; Pose影像到达吴刚的时间;手电筒砸到吴刚的时间。

根据小学算术,都用同一个公式:时间=距离/速度。

手电筒影像到达吴刚的时间=38/(15+30)=0.844。就是说,你扔出手电筒0.844秒后,吴刚看到手电筒向自己飞来。

Pose影像到达吴刚的时间=38 /30=1.267,也就是说,你扔出手电筒1.267秒以后,吴刚才看到你的Pose。

手电筒到达吴刚的时间=38/15=2.533,也就是说,你扔出手电筒2.533秒以后,吴刚中招。运算结果告诉我们,假设光速可以叠加(可变),那么,吴刚先看到一个手电筒飞向自己,然后才能看见你扔手电筒的Pose,这和事实不符。

不仅如此,这样还会出现一个诡异的现象,因为手电脱手的一瞬间,手与手电的速度相等,前臂次之,上臂更慢,身体最慢,所以,你的手发出的光,会和手电一起到达吴刚,然后依次是前臂、上臂、身体发出的光到达吴刚。

所以,可怜的吴刚看到的是:一只手把手电扔向自己,随即手消失,手电继续执著地飞向自己,它后面,手消失的地方,依次闪现前臂、上臂、然后是你的pose。

如果算上你身体转动的加减速,他还会看见半个你。难怪他都忘了躲这只不远万里而来的手电。

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这件事太诡异了,以至于喜欢看恐怖片的吴刚强烈要求再来一遍。把你和他正在生气这件事忘得一干二净。

“太刺激了。”他说。

“心胸太宽广了!”你由衷赞叹。

“这也许是脑袋刚才被手电砸了的缘故。”我分析。

“无聊。”嫦娥说。

“我们离他远点吧,砸到小兔兔怎么办?就算砸不到小兔兔,砸到小兔兔也是不好的嘛。”超级自恋的玉兔说。

于是嫦娥抱着玉兔,飞到地月距离的4倍处,与你、吴刚成三点一线。

面对一个测不准的投手,躲在目标后面也许才是最安全的。嫦娥想。现在,她的确很安全:她离你152万公里,离吴刚114万公里。

“可以开始了吗?”你邪恶地玩着手电,捡了大便宜似地跃跃欲试。体会着如何完美重复刚才那个pose。

“等等,这次我们加点剧情。”吴刚兴奋地说。“刚才,手电飞了2.533秒到我脑袋。这次,你还那样扔,朝月桂树旁边扔,我先躲在桂树洞里,在手电到达的那一瞬间,我隆重出场,看看是个嘛效果!”

“大哥,你一出来就挨砸,嘛也看不成啊。”你心里这样想着,嘴里却说,“真是太有创意了!桂树真不白砍啊!是不是砍一斧长一智?”

太坏了你。

吴刚兴奋地钻进树洞。

你举起手电。

开始!我说。

手电还是那个手电,月亮还是那个月亮,pose还是那个pose哟,速度还是那些个速度。

吴刚精确地出现在手电到达的时刻、到达的地方。

依然正中头顶。

除了吴刚什么也没看见,其他一切似乎跟上次没什么区别。

但是,几秒钟后,嫦娥惊叫起来,玉兔惊跳起来。

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因为嫦娥和玉兔看见了更诡异的事。

他们看到什么了?我们算算几道光到达嫦娥的时间,就知道了。

手电出发时的光:152/45=3.378秒。

手电砸吴刚时的光:2.533+114/45=5.066秒。

Pose的光:152/30=5.067秒。

吴刚到达着弹点的光:2.533+114/30=6.333秒。

这就是说,嫦娥和玉兔先看见一只手电朝吴刚飞去(手啊、手臂啊就不说了,跟前面一样),用了1.689秒,到达月桂树旁边时,好像被什么东西硌了下,改变了运动轨迹。紧接着,0.001秒后,她看见了你的pose,知道是你扔的,又过了1.266秒,发现吴刚出现在月桂树旁,就在刚才手电的转折点,脑袋好像被什么砸了一下……穿越了?!好像又没有啊?!!嫦娥和玉兔无辜地对视着。

为什么要拿地月距离甚至更远来说事?因为这样算出来的时间差我们更容易分辨、更容易理解,其实不论抛物的距离远近,道理是一样的。根据你用手电筒扔吴刚的例证原理,如果光速可以叠加,你和朋友打乒乓球,你将每次都先看见球朝你飞过来,然后才看见朋友挥拍。这样玩法是不是太诡异了?

其实,用“诡异”二字,并不能够说明,不诡异的就是事实,因为我们的现实,诡异到偶尔不诡异我们都会觉得更诡异。

这里需要特别强调的有两点:

一、这里的诡异,是指与观测严重不符,到目前为止,无论是日常观测,还是科学观测,都没有发现事件后发先至的诡异现象。光速在事实上是没有叠加的。也就是说,光的传递速度是不随着光源速度的改变而改变的。

二、如果你坚持不信,那好,我保证,不会出现事件顺序颠倒的诡异现象。这与观测相符。所以我敢跟你赌1块5毛钱。

在光速不变这个问题上,实际观测十分靠谱,我们可以这样推测一下:

在浩瀚的星辰中,除了自转轴恰好指向我们的天体以外,其余天体在自转时,都是一侧转向我们,另一侧转离我们(若想象不出来,捏起拳头转一下就看出来了),周而复始。

如果光速可以叠加,那么,两侧发出的光,速度就各有差异。这些星光,动辄需要几百上千甚至几十亿年才能到达地球,在这漫长的旅程中,快光必定超出慢光很多年到达地球,而它们,在我们视野中都是有位移的,那么,我们就会观测到很多成对的月牙状恒星,或者线状星轨。

但实际上,我们从未观测到这种情况。

在后面的红移、蓝移中,我将用咱俩小时候常玩的一个游戏作为例证,再次证明光速是不变的。

对了,如果你看文中任何一处的“你”不爽,那就换成“我”好了。

“光速不变”后来成为狭义相对论的两条基本原理之一。有反相对论者认为这一原理是荒唐的,他们利用“声速在相同密度空气中传播速度相同”这一现象,套用爱因斯坦的推导方法,推导出以“声速不变原理”为基础的“相对论”,来反证相对论原理错误。

本文盲看后,不得不承认这种做法十分聪明,但这些大侠忽略了一个基本事实,声音本身不是一种独立存在的物质,而是物质的震动,这种震动的传播,以及传播速度,依赖于产生震动的物质,而这些物质的运动速度是可变的。

比如,声速是每秒340米,你在每秒30米的风中喊话,你的声音会以每秒370米的速度传向下风口——可与传媒速度叠加。

再比如,列车每秒30米匀速前进,我在车厢里说话,声音会相对于列车这个惯性系以每秒340米传播,但在轨道边站着的你看来,声音以每秒370米的速度传向车头,而以每秒310米的速度传向车尾——可与惯性系速度叠加。

不必举更多例子,我们把声音传播的可变结果与光速测量的结果比一下,就知道二者根本不是一回事,声音只是相对于它在其中传播的媒介而言速度不变。

还有一点很关键,光是独立存在的物质。

所以,“声速相对论”可以看做一个阿凡提式的机智。

好了,我们用能想到的各种方法得出同一个结果:任由咱们怎么折腾,光速对我们都涛声依旧。所以,葛格美眉们交流或交换感情,不要空口套白狼式的海誓山盟,也不要“钻石恒久远、一颗永流传”式的物质象征,这些东西只是变得慢一点而已,物理学地质学心理学和化学都纷纷告诉我们,没有不变的东西。除了光速。

到目前为止,人类只掌握了一个确定量:光速。我们的空间、时间概念,均以此定义。

以上两条基本原理是整个狭义相对论的基础,简洁明了。

简洁,符合“奥卡姆剃刀”原理。简单说下这个剃刀: 专职剃掉多余的东西。

它有个八字方针:“如无必要,勿增实体”。

别看只有八个字,它在科学、哲学、经济等各个学科、各个领域广泛适用。还没看出这八个字有啥了不起?那咱们回到一个熟悉的案件,当一回侦探。

未婚的公主怀孕了。

皇家理论:

1.假设上天要降生一个圣人,拯救地球。

2.假设圣人降生必须选一个不平凡的肚子。

3.假设上天可以不必通过任何接触即可直接令人类受孕。

4.假设公主的肚子极不平凡。

这些个假设加在一起,才能让皇家得出一个光荣的结论:所以上天使公主怀孕了。

谁看见了?上天为什么要用这种方式派一个胎儿?

起夜的王公公看见了,一道金光…你哪来这么多废话?再问喝茶去!

……

民间理论:

1.假设公主和一个男人shang床了。

就一句话的事,得出一个结论:于是公主怀孕了。

现在,该侦探大人您来回答了,哪个解释更接近真相呢?

傻子都知道,当然是后者的解释更接近真相。

“如无必要、勿增实体”的意思就是:假设越少的解释,就越接近真相。

奥卡姆剃刀原理还告诉我们,如果某个条件无法检测、无法证实,那这个条件就等于没有,没必要存在。

比方说,某人一觉醒来,发现掉了一缕头发。问奶奶,奶奶说:这是“鬼剃头”,也就是鬼干的。这个无法证伪,也无法证实,所以不靠谱。要想得到正确结论,就必须用奥卡姆剃刀把“鬼”从掉头发这个事件中剔除,才有可能找到真相。

科学也是这样:天为什么下雨?

祖先的解释:

是神仙干的,具体是龙干的,龙在江河湖海吸足了水,到天上把水变成雨撒向大地。还往往需要风婆、雷公、电母、云童来帮忙打打场子搞搞仪式。

现在的解释:

能量转换的结果。具体是:水受热汽化上升,受冷凝成水珠,空气撑不住它,就掉下来成了雨。

看,同样是把水运到天上再洒下来,检测不到、无法证实的龙、雷公电母风婆云童就太多余了。

这就是为什么小爱毫不犹豫地抛弃了以太同志。他的心在跳,他的剃刀在“嘟”,于是……

爱因斯坦认为,自然界应当是和谐而简单的。所以,他的理论都是出于简单、归于深奥。

1.物理定律在任何惯性系中都相同。

2.光速不变。

经过前面的艰苦历程,我们不难接受这两条原理,因为到现在,它们在我们心里就像地球围着太阳转一样,已经不再是什么深奥的科学理论,而只是简单的事实。

同样是刀,在我手里西瓜都切不齐,在罗丹手里就能塑成思想者,在刘邦手里还能斩蛇起义成就大业。这两个简单的事实,到了史上最强大的三级技术员爱因斯坦手里,就掀起了现代物理学革命,改造了人类的宇宙观。

接下来,《论运动物体的电动力学》(以下简称《论动》)分运动学、电动力学两大部分,探讨了时间、空间、物质与运动的关系,探讨方式是,以两个原理为基础,由浅到深,用缜密的逻辑推理和数学推导得出结论。

这样一来,整个过程就难免枯燥、繁琐,尤其是那一堆一堆的公式,别说看,想起来都头疼,所以,在这里,咱俩只挑其中最短、最简单、最重要的是公式最少的第1节、第2节(共有2章10节),假装学习一下,就可以翘课了。

我试着把它翻译成大白话,与君共飨。但是有两点,我们一定要有足够的心理准备,并且提起精神来:

一是因为这里不得不动用初中数学了,不过,咱要是看公式过敏,直接跳过去好了,误不了二路汽车。

二是根据原文翻译,这就要全程叙述推导过程,再有趣的推导过程,也是从一个公式到另一个公式,枯燥是难免滴。

但是,这可是爱因斯坦的相对开山论文啊!不品品其中的滋味,怎一个憾字了得?!

那,还等什么?开始吧。

翻译之前,有件事咱得达成共识。

我们知道,在科学论文里,为了避免歧义,即使是大家都明白的东西,论文作者也不得不把话说得十分缜密精确。

比如,平时我们说,“吃好喝好”,大家都明白。

但放在论文里,就会出现歧义:什么叫“好”?吃喝到什么程度才算“好”?笼统的东西就是这样,不问没问题,一问全是问题。

所以写论文就得这样说,“饮食应尽量消除饥渴感,满足身体补充能量的本能需求,以及咀嚼、味觉、吞咽刺激带来的感官快感,进而使精神愉悦(以营造亲切友好的社交氛围)”。

这样说话,在语言表达上难免枯燥、冗长、拗口,读起来费劲。

所以,这里的所谓翻译,就是直接写出大家明白的话,亲们配合一下,别往歪了想,别死抠字眼,就万事大吉。好,现在开始!

在读《论动》之前,我们得讨论一下,什么叫“同时”,因为《论动》第1节讨论的就是“同时性的定义”。所以,我们先跟小爱同志做一个关于“同时”的思想实验。

什么是“同时”。

现在我们请牛郎、织女和你一起来做这个实验。我负责解说。

牛郎、织女负责坐在一列匀速直线行驶的快车上,车的名字叫“爱因斯坦列车”,简称“爱车”。与高铁比起来,此车更神速。

你的任务很光荣很艰巨,负责矗立在乍暖还寒的站台上,眼巴巴地等爱车经过,眼睛一眨不眨地观察。

很不幸,按照史上最强八婆王母的规定,牛郎和织女照旧不能坐在一起,牛郎在车头,织女在车尾。

所幸的是,他俩之间没有其他乘客,依然可以相互遥望。

但不幸的是,现在车内外漆黑一片,没有光。没有光的意思是,他俩仍然互相看不见。

万幸的是,在他们的正中,有一盏灯。这盏灯在爱车经过站台时,闪了一下光。

君坐爱车头,我坐爱车尾,日日思君不见君,所幸车同轨。这一闪,虽是那样短暂,却是他们最甜蜜最迫切的奢望——这是他们看对方一眼的唯一机会!他们满怀期待,感恩地睁大双眼。亲,瞥你一瞬,足慰我心!

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很自然,他们如愿以偿,“同时”看到了对方。因为,灯、牛郎、织女都在爱车这一个惯性系,对他们而言,他们就是“静系”,物理现象和在地面上没什么分别。在这里,无论我们做什么物理实验,再到我们的卧室去做同样的事,得到的结果都一样。这盏灯在他们正中,所以,灯发出的光,以同样的速度传向四周,自然就同时到达牛郎和织女。

这一点也不奇怪。

奇怪的是,在站台上的你,却先看到织女亮了一下,然后牛郎才亮了一下。

What?!牛郎和织女认为同时发生的事情,咱俩看起来居然是先后发生的?!

Why?!

因为,你和牛郎织女所在的参照系不同。人家在车上飞奔,而你在站台上呆立。

在你的参照系,光速当然也是不变的,灯闪时,你看到,光从闪光点出发,以同样的速度C射向四周。然而,光传播时,列车依旧向前飞奔,在站台上的你看来,车尾的织女与刚才的闪光点距离在缩短,相反,牛郎与闪光点的距离在拉长,灯光当然先到近的地方,所以,你看到,灯光先到达织女,然后才到达牛郎!

啊?!

眼睛别瞪那么大,嘴也可以合上了。相信我,你们都没错,只是由于所在参照系不同,观察的结果就不同。

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如果一时理解不了,我们不妨反向思考一下,假设你我并排站在站台上,咱俩中间有一盏灯,它闪了一下光,那么对咱俩而言,光一定是同时到达你我,因为距离一样,光速是都C,所以用时一样。那么牛郎织女在飞驰的爱车上会看到什么呢?运动是相对的,对他们而言,爱车就是静系,他们观测到,站台飞快地与爱车擦肩而过,而那个闪光速度照样是C,你我其中一个在接近闪光点,而另一个在离开闪光点,光先到近的,再到远的!

这与我们观察牛郎织女没什么分别,所以图就用不着画了。如果你想看图,就把上面那俩图中的爱车车棚去掉,当它是站台就OK了。

这回没问题了吧?同一道光,不同参考系观测它到达的时间不同,所以我们管这个实验叫“同光异时”。

小爱告诉我们,所谓“同时”,只有在同一参考系才成立,不同的参考系,不仅运动这个活泼调皮的小家伙是相对的,就连时间这个看起来无比顽固死板的老家伙也是相对的!离开了参照系,就没有“同时”,也没有“现在”!OMG!

听起来特别扭是吧?别扭就对了,这是人之常情,哪怕眼睁睁看到新来的是真理,但只要与老观念相冲突,也不舒服,可见欺生、排外的斗争,不仅存在于群体之间、地域之间,也存在于个体的头脑中,与生俱来。不过没关系,克服它,咱就升级了。

看来,“同时”这个概念需要重新定义。所以,小爱开始了《论动》的第1节。

利用光速不变原理,定义“同时”。(注意,这一节比较枯燥)

一个静止的坐标系,我们管它叫“静系”。静系里,有一个不动的质点。

现在,我们想要搞清楚这个质点的位置。该怎么办?

好办。用尺量量,标出它的坐标值,就搞定。这个,初中生都会。没问题。

这是对静系中,静止质点的做法。

那么,如果这个质点淘气乱动,又该怎么办呢?

也好办,我们就得动用时间函数,来给出它的坐标值。描述它的运动轨迹。这个,好像也没什么问题。

为什么要说“好像”呢?因为有一个隐藏得很深的问题:时间。

根据经验,我们判断“时间”,总是以“同时”为出发点。

比如,你去火车站送嫦娥回月球,说“火车7点到”,大家都明白,那是指“火车到”和“表显示7点”这两件事是同时的。

那么,我们为嘛要相信这块表呢?因为它显示的时间读数,与“北京时间”是精确同步的。也就是说,在北京时间7点的“同时”,这块表也显示7点。所以我们相信它。

但是,这种“时间”,只不过是人为定义的,是拉钩上吊一百年不许变的一个约定,是方便我们人类判断和使用的一种“时间计量标准”。一般情况下,没什么问题。

但是这里还要用一个“但是”,用我们定义的这种“同时”,去处理发生在不同地点的两件事,就不灵了。刚才我们在火车内外,已经惟余茫茫地体会到了,它相当不灵,牛郎织女看到是“同时”发生的事,在我们看来就不“同时”,没法统一意见。这里不再赘述。

下面,我们一起来找一种办法,大家都认可的办法,用以确定“同时”。

What?你昨天恰好买了三块大表?并且居然是一模一样、质量上乘的三块大表?!才人呐!那太浪费了。这样,我代表你允许你自己留一块,再代表你赠给牛郎和织女各一块,并代表他俩对你致以诚挚的谢意!

现在,牛郎和织女戴着表,隔河对望。刚才,他俩坐在火车里,都没办法确认“同时”,现在隔着银河系这么远,该怎么确定同时呢?

什么?你说这三块表都对好了?分秒不差?

那咱俩讨论一下:

假如在刚才的“同光异时”实验中,牛郎、织女and你,已经分别戴着这三块对好的表了。

现在车头和车尾发生了两件事,一件事是光到达牛郎,另一件事是光到达织女。他们看看表,发现,这两件事,发生在同一个时间点。问题是,你观测到,光先后到达他俩,也就是事情发生在两个时间点。那么,你的表应该以哪个时间点为准呢?

依此反推,这两件事,当你观测是发生在同一个时间点时,爱车上的观测结果,一定是发生在两个时间点。那么,怎么确定你们的公共时间呢?

聪明的你发现了,事先对表,也搞不掂是吧?

那么,现在我们就应该想个办法,用来验证不同位置的表是不是同步。

我们管牛郎的时间叫做“郎时”,用A表示,对岸的当然叫“女时”了,用B表示。那么他俩的公共时间——“公时”怎么定呢?

有办法:

走光。

眼睛先别冒绿光,不是让牛郎织女脱给你看。这里的走光,是让光在牛郎织女之间来回走。因为光速不变,距离相同,所以,无论是从他到她,还是从她到他,走一趟,花的时间是“相同”的。

根据这一原理,用他俩的表来计时,算一下光在他俩之间来、回的时间各是多少,如果得数相等,那么,就证明他俩的表就是“同步”的。

如果你看这段犯迷糊,就想想,光在他俩之间一来一回,同程同速,那么实际用时肯定一样。用他俩的表计时,算出的时间间隔,假如是一长一短,这说明什么?只能说明这俩表一快一慢,不同步呗!

我们演习一下就明白了。让光在牛郎织女之间走一个来回。假设牛郎、织女的表在0秒是同步的,此后每30秒,牛郎的表快1秒。

第0秒,光从牛郎出发,走30秒到织女,这时织女看表,显示是第30秒。那么,光的去程用时是30-0=30秒。

光在第30秒到织女时,立即被反射,又经过30秒返回到牛郎。因为牛郎的表每30秒快1秒,所以这时,他看表,显示是第62秒。用表计时算出,光返程用时是62-30=32秒。

30秒≠32秒

光速没变,距离没变,但用表算出的来回用时不一致,就证明这两块表不同步。反之,如果用表计算的来回用时相等,就证明这两块表是“同步”的。

这个原理靠谱吧?

好,现在,我们就用这个原理,列出隔河对表的通用公式来。

牛郎拿着你砸吴刚的那只手电筒,用来观测织女。在郞时“tA”,一道光射向对岸,它在女时“tB”到达织女,被织女的照妖镜反射回去,光在郎时“t’A”回到牛郎这里。一共只有三个“时间点”,分隔一去一回两段时间。

我们算了一下,结果:

tB-tA=t’A-tB

这很容易理解,tB-tA,是光从牛郎到织女所用的“时间间隔”;t’A-tB,是光从织女返回牛郎的“时间间隔”。如果两只表不同步,那么这个等式就不成立。

牛郎织女隔着银河确定“同时”的这个实验,我们叫“隔河对表”。

用最通俗易懂的语言科普《相对论》上集

两个“时间间隔”相等,那么,这两只表就是同步的,对吧?

接下来,为了获得大家都公认的简单真理,以备后文之需,我们不得不作出两个简单的推测。有多简单呢? 看完就知道了:

1.如果郎表与女表同步,那么女表就与郎表同步——后面这句结论正确得比废话还无聊吧。

2.如果郎表和女表同步,又和地球人你的表同步,那么女表和你的表也相互同步。这个结论也无比正确吧?

是不是简单到令你生气,以为它在侮辱咱俩的智商?这不要紧,要紧的是,你一看就承认它是对的。

那么好,根据上述经验,我们对处于不同地点的表,规定了它们“同步”的定义,就获得了“同时”和“时间”的定义,我们都承认这是一个很科学很靠谱的约定。

一个事件的“时间”,就是事件发生地的表当时显示的值,这块表和某一块特定的静止的表同步。对一切时间的测定,都以这块特定的表为参照。

恭喜你,在我们的实验里,这块特定的表,就是你戴的那块。

我们还可以根据小学算术“距离÷时间=速度”的公式,推导出:

2|AB|/(t’A-tA) =c

这个公式翻译成汉语:牛郎织女距离的2倍÷光往返的时间=光速。没问题吧?

既然没问题,那我们就把它当成一个普适的常数来用。

咱俩还得记住一个要点:静系的表定义的时间,叫做“静系时间”。

接下来,小爱开始了《论动》的第2节,题目是“关于长度和时间的相对性”。

注意,这一节更枯燥,所以必须提起精神来。乖,别噘嘴,这一节过去,咱这期小爱论文培训班就结业了,坚持到底的,每人办“人格证”一枚哦。

首先,小爱重申了他的两条基本原理:

相对性原理:物理定律在任何惯性系中都相同。

光速不变原理:真空中的光速TNND是固定的299,792,458 米/秒。记住,光速不变,永远指的是“真空中的光速”不变。

那么,不管任何参照系怎么折腾,下面这个公式都成立:

光速=光走的距离/时间间隔

OK,下面我们得完成一个任务:量爱车的长度。爱车记得不?就是牛郎织女两口子坐的那个专列。

爱车静止时,我们请来悟空,把金箍棒变得与车一样长,并命令金箍棒不许再伸缩,也不能弯。金箍棒听话地点点头,被悟空打了一巴掌,再不敢动了。

现在,金箍棒、爱车的长度都是L。

那么车运动时,长度会有变化吗?

我们在静系中观察,让爱车匀速平移,速度是v(是小写的哦)。爱车相对我们在动,所以它属于动系。

现在,有两种方法来量车的长度:

方法一:悟空拿着金箍棒,跟着车一起做运动,直接量一下,它俩一样长。注意,只是说它俩一样长,可没说“长度=L”哦。

方法二:根据第1节的定义,我们以静系的表,也就是你戴的那块表为准,在某个时刻t ,请牛郎织女帮忙,“同时”标出爱车两端对应静系坐标的两个点(A、B),然后用金箍棒量一下两点之间的距离。这其实就相当于你想量笔的长度,先比在纸上标出笔的两个端点,然后把笔放在一边,用尺量这两点之间的距离,就是笔的长度。这种方法虽然稍稍复杂些,有点脱裤子放屁的嫌疑,但不影响测量结果,对吧?

重点是,在运动中,方法二的结果会是什么呢?

好的,答案马上揭晓。

咱们接着做实验,牛郎和织女兴高采烈地坐在爱车原位,戴着表。实验一次,附赠见面机会一次哦。你也戴着表。别忘了,这三块大表每次使用前都对好了时间,分毫不差。

好,现在重复第1节的“同时性”测定。也就是重复“隔河对表”的实验。

不同的是,这次牛郎织女坐在爱车中对表。

而你,在静系中观测运动中的爱车——这其实是重复“同光异时”的实验。区别是,爱车上的光,由原来从中间发出,改为从车尾到车头走一个来回,但光行原理是一样的。

上次的观测结果还记得吧?不记得我们就复习一遍:

你观测的光到达时间,与牛郎织女的观测有差别。

这是因为,对他们而言,匀速直线运动的爱车,物理现象与静止没什么分别,所以中间的闪光同时到达他俩。

对你而言,爱车以速度v在飞奔,织女以这个速度接近闪光点,所以光先到达她;而牛郎以这个速度离开闪光点,所以光后到达他。

在我们马上要进行的这个实验里,上述原理依然有效。

那么,对你而言,要使光在牛郎织女之间的往返时间相等,也就是使他俩的表“同步”,就必须对车速进行处理,不然,光在你眼里,从他到她,再从她到他的往返时间肯定不一样!

所以,在我们的第三个实验里,公式里要出现爱车的速度v(小写的哦):光在郞时tA从牛郎处发出,在女时tB于织女处被反射回,并在郞时t’A返回到牛郎处。则:

tB-tA=rAB/(c-v)

左侧,tB-tA,这个我们很眼熟,“隔河对表”时用过。是光从牛郎到织女所用的“时间间隔”;

右侧,rAB代表牛郎织女的距离,(c-v)是光速减去爱车的速度,距离除以速度,得到的仍是“时间间隔”。

为什么要(c-v)呢?因为牛郎的光射向织女时,织女随车以v速离开光来的方向。所以只有(c-v),才能得到光从牛郎射向织女的实际用时,使等式成立。

t’A-tB=rAB/(c+v)

左侧,t’A-tB,这个我们也特眼熟,是光织女从到牛郎所用的“时间间隔”;

右侧,同上。区别是织女的光射向牛郎时,牛郎随车以v速迎向光来的方向,所以(c+v)。

严正声明:之所以一会要c-v,一会要c+v,是因为光速不变!光速不变与我们的日常认知相悖,不好理解,这就是为什么本贴像祥林嫂一样反复唠叨:不管光源和观测者怎么折腾,光速都TMD是C。

如果换成可以与惯性系速度叠加的子弹啊什么的,就不用加减了,因为目标迎向或背离子弹的速度,被子弹与惯性系速度的叠加抵消了。

简单算一下就更明白了:

车以50米/秒飞驰,车尾的人向车头射一发子弹,他观测,子弹相对于车以100米/秒的速度射向车头。

车外人观测,加上车前进的速度,子弹相对于静系的速度为100+50。但车头正在以50米/秒的速度离开子弹,这样,子弹接近车头的速度是100+50-50,得数还是子弹的速度:100米/秒。不必+v或-v。

那么,“严正声明”上面这俩公式没问题吧?

用最通俗易懂的语言科普《相对论》上集

没问题我们就看看结果:

rAB/(c-v)不可能等于rAB/(c+v),是吧?

这意味着什么呢?

这意味着,tB-tA = t’A-tB这个等式不成立了!

我们没忘记“隔河对表”的事吧?只有当tB-tA=t’A-tB时,他俩的表才是“同步”的。

这就得出一个十分意外的结论:牛郎织女发现,他俩的表不同步!可是在站台上的你看来,他俩的表是同步的!!

这就会造成一个后果:

牛郎织女认为同步时,你看他们就是不同步的。如果以爱车的动系时间为准,他俩认为同步时,“同时”标出爱车的两个端点,在你看来,却是织女先标了车尾的端点,爱车接着向前跑了一小段后,牛郎才标出车头的端点,你派悟空去量这两点的距离,与金箍棒一样长。

而当以你的静系时间为准,看他俩“同时”在列车两端标出两点时,悟空拿金箍棒一量这两点,金箍棒比这两点之间的距离长——也就是说,运动中的爱车在你看来变短了!

见鬼了?!

后面我们会知道,这不是你的眼神不好,也不是测量的数学偏差问题,而是运动导致的物理结果。再唠叨一遍:物理结果!

小爱得出结论:没有绝对的“同时性”,要说“同时”,得看是相对于哪个坐标系而言。

从此,绝对时间观被粉碎。

在刻苦学习小爱论文的悲催时期,我们一连做了三个实验。准确地说,其实是两个实验。因为第三个实验,实际上是前两个实验的综合演习。

做了这么多实验,我们从肉体上到精神上都很疲惫了,所以在做下一个实验之前,我冒充一次领导,简单地做一下工作总结,就当休息了。好吗好的。

第一个实验:同光异时。它证明了时间是相对的,而不是绝对的。在一个参考系“同时”发生的事情,对另一个参考系而言,却是先后发生的。可见,时间与运动状态、空间位置密切相关。

由于不同参考系、不同位置的“同时”不好确定,所以我们抓耳挠腮,想了一个好主意,用来确定“同时”。于是有了第二个实验。

第二个实验:隔河对表。利用世界上唯一的“确定量”:光速,验证了一个可靠的“异地对表”方法。牛郎织女用了都说好,实践证明这果然是个好主意,也是唯一的主意。

既然是个好主意,那么我们就用它来做一件事,搞搞测量,来看看是啥结果,于是有了第三个实验。

第三个实验:测量爱车。结合前两个实验,用公式计算出两个结果:不同参考系的“同时”不是一回事;运动中的物体会变短。

虽然我们不考试,但有些关键的知识点,我们还是要搞懂并牢牢记住的。因为理论就像台阶,下面的不铺好,上面的就够不着。

好在理解狭义相对论,只需要搞定两个旧的知识点。

知识点一:相对性原理。记住,所有匀速直线运动的参照系,你在其中做任何物理实验,得到的结果都等价于静止的参照系,是一样一样一样的啊!如果你觉得哪不对劲,那就回去仔细看10遍。什么?回去只看了9遍半就看懂了?才人啊!现在理解了没?在爱车里看来,不论车跑多快,从车厢正中间的闪光,必然同时到达坐在两头的牛郎织女。

知识点二:光速不变原理。光速不变,是指在真空里,无论光源怎么折腾,也无论观测者怎么折腾,你上量下量左量右量站量跳量跑量匍匐量翻筋斗量坐动车量趴火箭量骑扫帚量......光的速度都TNND是一个数:299792458米/秒。如果没记住,麻烦回去看10遍。100多年来,无数科学狂人、天才大牛,用尽各种精确到变态的办法,企图量出不同的值来,然后名扬天下,荣誉地位金钱美女滚来滚滚来。但迄今为止,无一成功。如果这样你还坚持不信光速不变,那麻烦你去量出另一个值来。如果不能,就只好委屈你,和我一起暂时相信这个残酷的事实。这没问题吧?OK,你在爱车外,爱车中间的那道闪光向四周等速传播,而爱车却向一个方向飞奔,一头离开闪光点,另一头接近闪光点,那么,光一定先照到接近闪光点的那一头,对吧? 你和牛郎织女看的是同一道闪光吧?他们测得“是同时到的”,而你却测得“不是同时到的”,并且都是对的。这就是相对论最关键的一个观念:时间是相对的。不同参考系,“同时”其实不同时。

都是借助这两个知识点,第一个实验看懂了,没理由后面的两个实验就看不懂。所以就不废话了。

OK,以上两点没问题了吧?

第三点,观念转变的问题。

这个问题最严重,所以置后压轴。在我们这个低速世界里,绝对时间的观念,会自动在我们头脑中播下种子,在日常经验的浇灌下,生根发芽,茁壮成长,想要转变它,必须经过一个十分纠结、甚至痛苦的过程。不要说是我们这些普通人,就算是庞加莱这样万众敬仰的大天才,也没转过这个弯。这不是语言沟通问题,而是观念转变问题,因为庞加莱不可能看不懂爱因斯坦的论文,并且在此之前,他自己也得出过相对论的某些结论,他会不懂吗?

但他为什么没接受这个理论呢?很简单,绝对时间观在他头脑中扎根太深,拔不出来。这表现在,你有多少实验和确凿的公式证明,他就有更多理由去反驳:这只是数学结果,而不是物理真实。我不信,你有啥办法?

所以,如果你读这几个实验感到迷糊、纠结,那不怪你,你也不必苦恼,因为庞加莱也和你一样。但是,我们需要验证一下自己,究竟是没读懂文字,还是没转变观念。

怎么验证呢?回头检查一下,有没有哪句话读不懂?

要仔细检查哦,检查完了?如果你确定每一句都能读懂,那么,就证明你的纠结来自观念的转变。

这样,我们可以接着往下谈。

你有没有这样的经历,一个明摆着的道理,你试图说服一个人去接受它,但是无论如何也做不到。表达得再清楚,IQ正常的他,打死也不接受。

为什么?我相信,你不会认为他没听懂你的话。你知道这是观念问题。他的潜意识在保护那个旧观念(这是人之常情,程度不同而已),所以会不由自主地找出很多理由,在内心或在语言上拒绝。他也很纳闷,你怎么会对如此荒唐的想法坚信不疑。

有过这个经历是吧?

如果你坚持认为没有,那么我用两个字提醒你:代沟。

这回呢,想起来了吧?你一定有过这个经历。

那好,我们还可以接着往下探讨:我们应该怎样去面对新观念?其实这是个老问题,前面说过。

我们先做做脑体操。

如果有人对秦始皇说,我可以看着千里之外的MM跟她谈心,老秦一定会说:你TM拿我开涮呢?!拖出去斩首一个时辰!

但是如果他找到了长生药,活到现在,看见视频聊天,还会认为这事荒唐吗?

面对一个与固有观念截然不同的看法,哪怕这个看法给我们的第一印象是荒谬、可笑,我们也应该尽快让自己冷静下来,用开放的心去看待。

所谓“用开放的心去看待”,就是先试着让自己接受它,弄懂它。到真正弄懂的那一刻,你才能做出更准确的判断,那时,再去反驳不迟。知己知彼百战不殆嘛。

不错,科学需要怀疑,但不能在不懂时就怀疑。不知道它是什么,那我们怀疑它什么?

理解需要思考。这种与日常经验相悖的东西,更需要思考,如果只是单向灌输,即使拍成电影,也难以理解,何况是文字?是吧。

这几个实验实在没看懂也没关系,还好,我们还有其他的路,来继续我们的相对论之旅,也许,理解高速效应后,前面的事情就迎刃而解了。就好比我们小学算术没学好,念了初中以后,回头一看小学算术,一拍大腿,这么小儿科的题,当初怎么就能做错呢?!

不管怎么说,我们也算学习了小爱的《论动》。这篇论文后面还有8节,后面那8节都比较长,而且公式越来越多,推导越来越复杂,咱俩就不受这个累了。

狭义相对论的推导公式虽然很多,但它们有一个核心:洛伦兹因子。我们来看看,怎么能得到这个因子,它靠谱吗?

下面,我们再做一个实验,还是在火车上,我们拿乒乓球在球桌上跳动,在火车上看,球是垂直于桌面上下跳动,上下一次的行程,就是起跳点到最高点的连线长度的二倍。但是在铁道边的人看来,球是划着抛物线随着火车前进方向运动,上下一次的行程,是那根抛物线的长度。很显然,后者观测的行程更长。这个没问题吧?

没问题就好。乒乓球会这样,光也会这样。正如阿娇做得,阿芝也做得。

不同的是,乒乓球上下跳时,由于向上逐渐减速、向下逐渐加速,所以,它划的是抛物线。

而光,我们知道,它只有一个速度,所以,它始终走的是直线(还记得智慧之光里说的“光只走直线”吧?原来如此!)。

我们平时观测不到光上下跳走斜线,是因为我们的交通工具速度不够快。现在好了,有了爱车,咱想让它跑多快,它就能跑多快。

现在,我们让爱车以20万公里/秒的速度飞奔。

车上,我们用一面镜子代替乒乓球台,为了让光上去后还能下来,我们把车厢顶棚也换成镜子,上下镜面相对、平行。

这样,光就能在两块镜面之间不断折射,像乒乓球一样,上下跳动了。

现在,我们就朝下面镜子的A点垂直发射一道极短的光,它立即跳向上面镜子的B点,再折回A点。看,它果然不知疲倦地在两面镜子之间上下折腾开了。

好,现在我们来看看,爱车内外两个参照系对这件事的看法有何不同。

在车上,牛郎织女两口子当然看见光垂直于两个镜面上下跳动,如此往复。

用最通俗易懂的语言科普《相对论》上集

对车外的你来说,光从A点出发,向B点跳动的同时,爱车在飞奔,它必须走斜线才能到达B点,向下反射时也是这样,必须走斜线才能回到A点。如此往复。

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这就是说,牛郎织女所观测到的光行距离,是两块镜面之间的垂线长度;而你观测到的光行距离,是两块镜面之间的斜线长度。

我们知道,在互相平行的两个平面之间,任何一条斜线,都比垂线长。

这不奇怪吧?

那么,问题来了:光速是不变的,同一道光,同样是从A点到B点,它走的距离却不一样!

是不是不可思议?

这怎么可能呢?

但这是事实。它像闯进头脑羊圈里的一只老虎,嘲弄地看着土生土长的经验羊群。虽然对于我们的经验来说,这个事实很残酷,但我们已经习惯了。因为现实就是残酷的,没商量。

爱因斯坦说,只要我们舍得抛弃绝对时间观念,这件事就一点也不奇怪了。

这是因为在静系的你看来,爱车的运动使时间膨胀了,也就是流动变慢了。所以光以同样的速度走了更长的距离!

尽管前面做了那么多试验,你还是不肯相信,是不?

没关系,我也不愿意信,所以,咱算算,到底是咋回事。

我们把爱车内外观测的光行路径提取出来,加上爱车走的距离,画个图。

哈,原来是个直角三角形!

用最通俗易懂的语言科普《相对论》上集

斜线,是车外观测的光行距离,光速c×车外时间t=距离,用ct表示。

垂线,是车内观测的光行距离,光速c×车内时间t’=距离,用ct’表示。

横线,是光走一趟的时间里,车行距离,车速v×车外时间t=距离,用vt表示。

没问题吧?

那好,我们还记得勾股定理不?

两条直角边长的平方之和,等于斜边长的平方。

对,这就是被全世界各族人民纷纷发现的,妇孺皆知、童叟无欺的勾股定理,也叫毕达哥拉斯定理。

既然小爱说,爱车的运动使它的时间膨胀了,那么现在,我们就用勾股定理算一下,爱车上的时间和车外的时间是个什么关系。

用最通俗易懂的语言科普《相对论》上集用最通俗易懂的语言科普《相对论》上集

这下明白了吧?在我们的世界,之所以用伽利略变换式就能搞定不同参考系之间的变换,是因为我们的运动速度低。

如果爱车能达到光速,会怎么样呢?还是用第四式,算一下:t’=0 ?!

什么意思?!!搞错了吧?!!!

没错,不相信我没关系,咱得相信公式,这代表“时间停止”!

速度越接近光速,时间越慢。

这就是相对论要告诉我们的事实。这就是为什么静系、动系的“同时”总是不能统一。

达到光速,时间停止。

那么,超过光速,会怎么样呢?

不要怕把它说出来,没错,超过光速,时间将倒流!(所谓虚数的意义问题暂不考虑)

你跳那么高干嘛?眼睛为嘛冒绿光?

神马?你说我们可以穿越了?你要去找苏小小?

亲呐,先别急,小爱还没告诉我们,咱究竟能不能做到超光速呢,我们还不知道这事靠不靠谱呢,你雀跃得是不是早了点?

我们先把欢欣鼓舞的表情收一收,这里有件事需要声明下:由于在直角三角形里,直角边必须小于斜边,所以由勾股定理得到的相对论因子,其实隐含了一个局限,那就是vt必须小于ct,也就是v必须小于c。

如果只用相对论因子本身去推导时间停止和倒流的结论,在暂不讨论虚数概念的情况下,没问题。但是,从它在本文的出身——勾股定理来看,作v等于或大于c的假设,在逻辑上不够严谨。

不过,我们在此之前不止一次说过,科学家们通过各种途径、使用各种方法,都能得到洛伦兹因子,福格特、拉莫尔、亥维赛、洛伦兹、庞加莱、斐兹杰惹、爱因斯坦……到今天,这个名单可以列更多。而他们的方法,却不是由直角三角形得出的。尤其是爱因斯坦以两个原理为基础所作的推导,物理意义明显,并且没有v的限制。可见,洛伦兹因子,是具有普遍意义的一个公式。这些科学家取得相对论因子的途径,不存在这种逻辑局限,所以我们尽可以用它来判断,当v等于或大于c时,会发生什么。

本文之所以采用直角三角形进行推导,完全在于它的物理意义的直观性、推导过程的简洁性,以及勾股定理的普及性,无论是推导过程,还是时间的相对性,大家一看就懂。虽然在深层意义上不是那么严谨,但它对初学者的启发意义却是非凡的。

所以,我们还是要向这个推导形式的提出者致敬!

现在,就让我们跟随帅帅的小爱导游,去比较大的地方旅旅游,看看相对论的新世界有何不同。

时间膨胀

在狭义相对论效应中,时间膨胀是一个特别拉风的结论,也是争议最大的一个结论,反对相对论的人也大都从这个效应入手。所以,这个效应呢,我们多说点。

这是《论动》第4节推导出的结论,其后,经过理论上的补充完善和实验、观测上的证实,这一基本思想得到了巩固。

在前面,经过《论动》的各种实验,以及洛伦兹因子,也就是相对论因子的推导,我们对时间膨胀的大意,已经有所了解:

时间流逝与运动速度密切相关。所谓的时间膨胀,就是运动能把时间拉长。运动速度不同的物体,其时间流逝也不相同。运动速度快的,时间流逝就慢……

喂,还没说完呢,你跳那么高干嘛?

哈哈,我想到一个延年益寿的杏林秘笈:只要不停运动,时间就比别人过得慢,这不就是长寿了?

唉,你总是在别人话没说完时就猴急着下结论。好吧,那你打算怎么运动呢?不是就这样一直跳下去吧?

你想累死我啊。可以坐火车坐飞机嘛!

嗯,想法不错。不过,你有没有想过,古往今来,人们经历过各种运动,骑马跳崖骑车坐火车乘飞机……为何自古以来就没人感觉到时间会变慢哪怕一丁丁呢?

看在咱俩都是地球人的份上,我告诉你吧,那是因为,在我们生活的世界里,大家之间的速度差太小。即使我坐这儿不动,你以猎豹的速度跑到吐血,咱俩的速度也就差区区31米/秒;换你坐那儿不动,我开布加迪威龙,一脚油门踩到底,咱俩的速度差也只有区区113米/秒。就算是飞机的速度,放在洛伦兹因子里,替换那个v,把它平方后,再除以C的平方,你也会得到一个让你绝望的数字,小数点后8位数都是0,第9、10、11位都是1。是不是不忽略也可以不计?

小爱在《论动》第4节中指出,放在赤道上的表就比放在两极的表走得慢些,只不过差别十分微小。而要测出我们能够感知的时间流逝差,须接近光速运动,或者长时间的积累才行。这个长时间不是我们平时以为的几天几年或几十年,而我们的寿命一共也不过100年以内,所以,“长时间的积累”这个我们等不起,我们只能在速度上做文章。

关于你利用运动来延年益寿的可行性方案,我们在后面的实验里再详细计算、讨论。

本文标题:中学生女表(中学生女表白词)。发布者:villain,转转请注明出处:https://www.daogoujie.net/hao/72414.html

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