怎么“假装”自己明白了爱因斯坦相对论?

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提起爱因斯坦相对论,很多人脑海中浮现的是那个质能方程吧!

不要说普通人,就连很多科学家对此也是觉得难懂的!

诸如:光速是不变的,而在一辆以光速前进的火车上的一个人朝火车前进方向以x的速度前进,站台上的人看到火车上的人的速度还是光速。

为什么时间在一列快速运行的火车上会比在火车站台上慢?

爱因斯坦的相对论的确比较难懂,可是有没有比较简单的解释呢?

可以让我们在听各种高端知识讲座时,也可以“假装”点点头,表示自己听懂了呢?

我们知道牛顿力学不是放之四海而皆准的,微观粒子运动以及非常快速移动的物体运动是违背牛顿力学的。

比如:

我们知道:若火车的速度为a,乘客朝火车行进方向走,速度为b,那么站台上静止的人看到该乘客的运动速度为:a+b;

若火车速度为光速c,那么站台上静止的人看到该乘客的运动速度就不是:c+b,而还是c。

Question:为什么时间在一列快速运行的火车上会比在火车站台上慢?

这个原因只要学过勾股定理以及v=s/t的初中生就完全能够理解得了!

假设这列火车上坐着一位乘客,头顶有一盏灯,地板上有一面镜子反射光源。

站台上也有一位观察者,他们二人都测量这盏灯完成一次反射所用的时间。

车厢的高度为h。

坐在车厢里的人看到光的反射是两天平行的线段,而站台上的人所见不是这样的,如下图:

可知:火车上乘客看到光反射的路程为2h,站台上的人看到的光反射路程肯定是大于2h的。由于光速不变,t=s/c可得,站台上的时间较长。

将站台上看到的光反射图形摘取出来:

设乘客测得的一半时间为t1,站台上测得的一半时间为t2,则h=c·t1,

火车速度为v,则AC=s=c·t2,AB==v·t2,

由勾股定理得:AC^2=AB^2+BC^2,

化简可得:

求一下二者的比值:

从公式中我们就可以看出两个时间长短不一!

现在,我们准确计算出来两者的时间差。

高铁、飞机的速度在我们看来是非常快了,能达到100 m/s、400 m/s,可是这两个速度相对于光速 30 0000000m/s来说,还是太小了,将上面两个速度代入可得:

t1:t2≈0.9999999

t1:t2≈0.9999999

可见,二者非常接近,这是我们人体无法分辨出的时间差!

当火车速度接近光速的一半,c/2时,那么t1:t2≈0.866

此时,站台上的人感知的时间为10 s时,火车上的人所经历的时间为:8.66秒,二者相差了近 2 秒!

当火车速度接近光速的 80%时,那么t1:t2=0.6.

此时,站台上的人感知的时间为10 s时,火车上的人所经历的时间为:6 秒,二者相差了 4秒!

可能有小伙伴会说,4 秒也是个很小的时间间隔!

照这样算下去的话,当站台上的人经历了 50 年时,火车上的人刚经历了30年,整整少了 20 年!

人生没有几个 20 年哦!

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END

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