好玩的狭义相对论

从没想过,在万恶的高中数理化结束后还会翻开和物理相关的书,可见人是多么善变。东方哲学、西方哲学、现代科学,从中国古典文学到西方现代心理学,胡乱读过一通后发现,每个学科向深追溯都万本同源,就像在北京打一口井,在上海打一口井,是两口不同的井水,但只要挖的够深,它们的水源是同一的。

新世纪的物理研究以量子力学为主角,并迈向对弦理论的探讨,但在思考这它们和哲学思想、佛教经典的关联之前,还是要再看看前霸主爱因斯坦的概念核心是什么,尤其对我这样早把高中物理忘光、大学一点儿没碰过理科、之前也很少看此类科普文章的人来说更是必要。

看完后忽然发现,相对论还挺好玩的。当然,要用直白和接地气的话描述它。

先有狭义相对论,后有广义相对论,两者统称为相对论,是爱因斯坦对20世纪物理学的卓越贡献。

狭义相对论:讨论相对运动和光速。

广义相对论:关于时空弯曲。

学科飞越:推翻牛顿定律。


狭义相对论的关键因素

对吃瓜群众来说,需要言简意赅。相对性原理的精神是——运动的概念是相对的。只有在相对于其他事物或与其他事物比较时,我们才能谈一个物体的运动。你站在一旁,看马路上川流不息的车流,在相对性中,车主也可以认为车没动而是你在飞奔。

狭义相对论的第一个关键因素:运动是相对,不是绝对。

第二个关键因素:光速不变,即不论你怎么费力追赶,光总是以光速跑在你的前头。这个关键因素为了说明,速度联系着我们对于空间和时间的概念,因此光速不变挑战了我们对寻常的速度、空间、时间概念。

我们惯性认为,整个地球乃至宇宙拥有同样的时间刻度,即同时性。而光速不变原理证明这只是想象。

匀速前进的火车上,谈判桌中间放一盏灯,关闭状态。桌子两端的代表为了同时签字,同意当灯亮起,两人看到灯光的时候在文件上签下名字。列车上的人都见证了两人同时签名的瞬间。而车下的人,却看到坐在桌子后端的人先签名,前端的人后签名,因为光和前面的人做的是相向运动,和后端人是相对运动。不同观察者看到的时间并不相同——同时性的概念不是普适的,光速不变性要求我们放弃这种观念。

叹一声,不是世界变化快,而是自己太死板>_<


时间膨胀与空间收缩

时间膨胀的意思是:相对运动中,速度快的一方,时间变慢。

比如用光子钟(忽略其他环境因素)给百米比赛计时。光子在平行的两块板子间折返,折返次数可用于时间的计量。情况A:光子钟在终点计时。情况B:光子钟随着运动员一起运动,计时。

从我们的角度看,因为B在运动中,在相同的距离内光子在板子间折返的次数少,所以B的时钟比A走得慢。与静止的A相比,B运动的越快,它“滴答”的节奏越慢。

时间变慢了。

而空间收缩的意思是:物体运动的速度越快,它被压缩的也就越剧烈。

这建立在时间膨胀的推理基础之上。假设小明在车库测量他的新车长度,得到数值a;小强用另外一种方法测量车体长度,即小明在驾驶过程中,当车头驶过小强,小强按下秒表计时,当车尾驶过小强时停止计时,由车行速度和车通过小强的时间,得出车体长度b。

我们想当然的认为,同一辆车,无论采用哪种测量方法结果必然相同。

可仔细想想,狭义相对论再次颠覆了我们的认知。由时间膨胀可知,相对于开车的小明,小强是运动状态,所以小强的时间比小明慢,小强算出的b比a短。不同的角度,车体长度竟然发生了变化。由此推断,车速越快,b越短,从小强的角度车被挤压的越厉害。


所以,经常运动由于让时间变慢了,所以显年轻且活得长吗?

看完狭义相对论的核心内容,我脑中立刻蹦出这个想法,逻辑上很能说得通呢,开心得像发现新世界。

但好像不能兴奋太早,虽然时间变慢了,可自己所有的行为同样变慢了呀,活800岁并没有比活80岁能干的事情多,只是进入了慢镜头的步调。

伤心......

如果用相对性的思想考虑,别人运动而自己没动,是别人的时间慢了......

伤心欲绝......


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