💡151:谈谈爱因斯坦的狭义相对论

前言:

晚上外出跑步,跑完和维德在足球场做平板支撑。

屏息静气中,忽然从操场南门的黑暗中传来哗啦雨声。

“wc,下雨了。”维德说。

我立马跃起,拿起手机踹裤兜里往南门狂奔,雨下大了。

灯光耀人,可又不够光亮。噼里啪啦的雨点打在了皮肤上。

这么着,从操场走走跑跑到宿舍,一路淋上了一公里。


物理是自然世界的底层规律,是确定的、不变的东西。

今天看了一下午的大学物理,爱因斯坦的狭义相对论。

狭义相对论其实没有我们想象得那么难,其实很简单,就两个假设:

①相对性原理:物理学定律在所有的惯性系中都是相同的。

就比如万有引力定律,在火车里,我以火车为参考系,随手抛出的纸团会往下掉。再换一种,我以陆地为参考系,抛出的纸团还是会往下掉或者说受引力作用,向地球表面靠近。也就是说,无论我以哪样物体作为参考系,抛出的纸团受制于地球的引力这个事实不会改变,仍然成立。

当然,你可能会说,这不废话嘛。随手抛出的纸团无论以什么为参考系当然都会往下掉。

好吧,这的确像是句废话。

不过话说回来,这就是物理,它抓住的永远是不变的东西,我们生活的经验的高度凝练的总结。当然,他也有很多反经验反直觉的地方。

比如这第二条假设:

②光速不变原理:在所有惯性系中,自由空间(真空)中的光速都等于同一个恒量c。

按直觉经验来说,从高速行驶的火车向前发出的光的速度,应该要比固定在陆地向前发出的光的速度要快。因为前者的光速应该等于,光在陆地的速度C加上火车上的速度V1。(以大地做参考系)

就像你从火车上往前跳一步的距离(以大地做参考系),肯定要比你从陆地上往前跳一步的距离远。因为前者在跳跃时离开火车的一刹那就有了火车的初速度。或者说所谓的惯性。

但是一位大佬迈克尔孙·莫雷做了个实验,证明了二者光的速度是一样的。光速并不以参考系的改变而改变。

无论是以火车做参考,还是以大地做参考,光速仍然不变。

这就奇怪了,就好像再说,以大地做参考,你从高速行驶的火车上往前跳一步,和在陆地上跳一步,其实距离是一样的。

这很难让人接受。但毕竟有实验证明了,所以只好作为结论接受下来。


基于这个两个结论,爱因斯坦进一步得出了两个推论。

一是时间膨胀,就是高速运动的物体,它所经历的时间会变慢。

用个很粗略的比方说,以地球时间做基准,宇宙飞船里的宇航员在飞船里度过了12个小时,而我们可能已经度过了24个小时,也就是说他们的时间变慢了。

一个字形容:反直觉。

二是动尺变短,就是高速运动的物体,它的长度会变短。

同样是以地球为参考系,一把尺子,在运动时的长度是和静止时的长度是不一样的。前者更短一些。

同样是一个字形容:反直觉。

总结来说,时间和空间都具有相对性,他们的量值会随着惯性系的改变而改变。


这两个推论,似乎对我们谢谢普通人来说,好像并没有什么用,因为以上时间膨胀和动尺变短这两种效应都是在物体做高速运动时才会产生能够让人可以直观感受到的效果。

哈哈,弄懂这一点。也许至少可以当作后期的茶余饭后的谈资吧,或者引导引导孩子对世界的好奇心。


后话:今天的这个话题,可能挺无聊,也挺枯燥。

但无论无何,作为一个终身学习者,应该不全部以兴趣为前提而去学习,而是为了学习而学习。或者说保持对一切未知事物的好奇与兴趣。

明天继续学习。


今天是点灯的第151天。

互相学习,彼此点亮,共同成长。

希望能够照亮一点点你所看到的世界。

2020-06-20

周五阴天有雨

于东华理工大学某角落

夜行的灯笼

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