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前面几期文章中,我们从牛顿力学和麦克斯韦电磁学冲突点:光速不变,通过分析洛伦兹的长度收缩理论,一步一步靠近狭义相对论的思想。这一期中,我们将详细剖析狭义相对论的核心。
我们之前已经讲到,爱因斯坦提出了时间和空间是相对的,需要选参考系才有意义。为什么做了这个假设,光速是一个定值就变得合情合理了呢?因为时间和空间会用一种绝妙的方式,让你无论如何都无法超光速,这种绝妙的方式,之前几期文章中也有谈到!这里我用量化的方式再简单重复下。
常规思维认为,一列火车接近光速运动,火车里的人只要快速向前跑,就会产生一个额外的速度,最后让总速度超过光速,可是当时间和空间变得相对后,情况就不一样了。会因为参考系不同,观察到不同的物理现象。车里人自己看自己,会发现,我很正常的在向前跑,车里人自己计时发现,自己花费了1秒,跑了100米,根据v=s/t。也就是速度是100m/s(当然实际人类体能跑不出这种速度,这里只是假设)。
但是,当视角切换到地面上的人去看车里(也就是参考系变下),情况完全不一样,地面上人也用和车里人同一个规格的计时器(确保计时器不带误差,影响实验结果),计时后发现车里的人的确是再跑,但是发现一切动作是那么的缓慢,就像蜗牛在地上爬一样,整个过程车上的人,一共只跑了1米,用的时间却是2年!速度小的不能再小了,真可谓地面上的人等的花儿都谢了,车上的人才跑完!
为什么面对同样的一个行为,车上人自己看自己,发现花费了1秒时间,跑了100米。但是地面上人看车里的行为,发现花费了2年时间,跑了1米!车里人说花费了1秒时间,地面人说花费了2年时间。车里人说走了100米,地面人说走了1米。其实大家都是正确的,也都是真实的。这就是时间和空间(位移)的相对性。
这下懂了吧,由于时间和空间的相对性,导致你的额外速度很小,加起来也无法超越光速。而光为啥可以等于光速,因为光上面的时间一直都是静止状态。而且光的静止质量为零,也就不用担心高速运动后,质量变得无穷大。光速恒定在对空间和时间做了相对性假设后,变得顺其自然,一点都不矛盾,这就是爱因斯坦高明的地方,用理性战胜了直觉!说到这里,我们总算把相对论如何被发现,进行了一次简单的梳理,下期我们会再谈,牛顿、洛伦兹和爱因斯坦观点的差别,让你更能理解狭义相对论的内涵,我是百家号《小彭来给您解惑》,如果有问题可留言!
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