本吴彦祖通俗讲解《狭义相对论》,初中生就能看懂!

啊。。。传说中的相对性原理。初中不知道讲过伽利略没,我记得讲过。伽利略的很多个科研结果中,有一个是非常了不起的,影响到现在并且被发扬光大,那就是相对性原理。

这个题目很大啊,我都不知道从哪儿开始写了。。。相对性原理最早由伽利略总结出来,运用在牛顿力学中。爱因斯坦2次扩充了相对性原理,第一次扩充后得到了狭义相对论,相对性原理被冠以一个形容词:狭义相对论相对性原理;第二次扩充后得到了广义相对论,称作广义相对论相对性原理。相对性原理在相对论之后的物理理论中,更是被进一步纳入一个叫“对称性原理”的东西里,作为一种很有用的对称原理。对称,在现代物理(所谓标准模型啦,大统一理论啦,超弦理论啦都是)具有决定性的作用。所以用现代的话来说,相对性原理的精髓,就是对称性。。。。慢慢来,我会一点点说清楚的。

首先说说第一版相对性原理:伽利略相对性原理。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 10:38:00 +0800 CST  
话说我读中学的时候,物理书后面有一个选读内容,就是讲伽利略怎么描述一艘在海上平稳行驶的船上,发生的故事。。。。原文我记不得了,也没必要去找,我学着写这么一段吧。

设想在平静的大海里,有一艘大船(比如游轮吧)平稳地、匀速直线地开着。船里有一件实验室,没有窗户,看不到外边的海景。我站在这个实验室里,会知道这艘船是不是在开着呢?船是静止着,还是在运动着?我观察这间实验室里的情况,发现有个鱼缸,里面的鱼的游动,跟我在陆地上看到静止鱼缸里的鱼的游动,是一样的。我尝试向上跳了一下,结果仍然落在原地,就跟我在陆地上发生的一样。我邀请你一起来打桌球,也察觉不了不同。我抽根烟,观察飘出来的烟云,跟我在陆地上的情况仍然一模一样。。。我环顾四周,我居然找不到“我在运动着”的证据!我(或者这艘船)到底是静止着,还是运动着?

想必看了上面这段字大家都会有切身体会。用物理一点的话来总结,就是:在这样的船上,无论做什么样的物理实验,都判断不出船是静止的还是运动的,或者说判断不出船到底运动速度是多少。

当然以前遇到过一些人说啊,打开窗户看一下不就知道了嘛。。打开窗户也是物理实验嘛。。。擦,我把这类人归结为“缺乏物理抽象思维天赋者”。。。

伽利略相对性原理说的就是:无法通过物理实验的方式,来判断观察者的惯性运动状态。换一种说法就是:无论惯性观察者运动状态如何,物理实验的结果都是相同的。。。

这里又提到了惯性运动者,就是匀速直线运动的人。。还有,运动状态,指的就是“速度”。高中生知道,速度是矢量,有大小和方向。

有两艘船,各自速度不同。你我分别在其中的一艘上。你我约定好做一组同样的物理实验。做完后我们碰头在一起,比较这两个实验的结果,会发现实验结果没差别的。

好吧,实验结果意味着啥?意味着:物理规律。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 11:05:00 +0800 CST  
回过头来看看“相对性原理”这几个字。。很明显是两个名词:【相对性】和【原理】。相对性这个词强调的是一个重点:“一切都是相对的”。原理嘛,意思就是无法被逻辑证明的玩意儿,只是一种“信仰般的假设”。所以说,相对性原理指的就是这么一条信仰:一切都是相对的。

额。。这里开始,会多涉及到一点物理上的哲学了。

好吧,这怎么跟上面那个伽利略故事串起来?这就要好好体会“一切都是相对的”这句话的丰富含义了。说开了去,这句话其实指出了物理学中的一个大大的基石:不存在绝对静止。什么叫绝对静止?就是真正的、本质的、高于一切的那么一种存在状态。无论何时,我们总是喜欢把自己设想成一个静止的存在,这很接近绝对静止。比如日心说的出现和流行就说明了,人们总是以自我为静止的中心,这更接近绝对静止。

如果绝对静止存在的话,那会怎么样?想一下会怎么样。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 11:22:00 +0800 CST  
绝对静止如果存在,那么当一个人绝对静止的时候,他就比其他运动着的人更有一种高高在上的权威性。他就完全可以以自己为标准去判决其他人的速度,而其他人也只能服气。这种特殊的优越性,另那些崇尚民主自由的人很不满。

当然上面的说法,说服力并不强。具有强说服力的是:绝对静止,在哪?找的到吗?地球在运动。。太阳也在运动。。银河系在运动。。星系团也在运动。。好吧,宇宙本身呢?这是没答案的。或许有人说,找到宇宙的中心位置,那就是绝对静止。。在哪?要知道,伽利略时代的物理学,认为宇宙是无限大的。无限大空间的中心位置,可以是任何位置。。学过极限的可以很清楚这点。就算是现代物理所描述的宇宙,它的空间要么是封闭的(有限无界),要么是不封闭的(无限无界)。无论哪种,中心位置都是任何地方,比如我家马桶里。。。

而绝对静止,更会在物理规律上,显示出一种更完善的状态。比如,通常的物理规律方程中,多多少少会出现速度这个参数,特别是观察者的速度。如果观察者是绝对静止的,那么物理规律就会去掉这些速度,而体现出一种更简单、更方便的方程。更何况还有各种速度变换的规律,更会因为绝对静止而显得多余。所以说,绝对静止意味着一种更优越的地位,意思是使得物理规律出现得更优越。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 11:42:00 +0800 CST  
好,其实我们都知道,绝对静止是不存在的。那意味着物理规律无法体现为一种最优越的情况。那么反过来说,当我们做各种物理实验,在各种不同的速度下做这些实验,如果能察觉实验结果之间有差异的话,那我就能判断出哪种速度更具有优越性了对不?凭着这个线索,我就能找到绝对静止。

所以说,在各种速度下(在各种运动状态下)做物理实验,实验结果必须是没有差别的。只有这样,才能保证绝对静止不存在。看,伽利略的那艘船所体现的东西出来了。

于是,这些想法被总结为“相对性原理”:物理规律在各种运动状态下的形式是相同的。

这条原理非常强悍,高中朋友们都知道,很多具有对称性的物理题,都可以用这条原理来走捷径求解答。所以我们说,这条原理,跟“对称”是有先天联系的。这个以后再说。

注意一点:这条原理被伽利略搞出来的时候,当时的物理学只有力学(运动学和力学)。所以原理中的“物理实验”,指的都是力学实验。

后来出现了电磁学,是一门崭新的物理学。那么,伽利略的相对性原理是否继续适用于电磁学么?

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 12:14:00 +0800 CST  
简单说点电磁学吧。电和磁大家应该都了解了,也足够了我也不多说了。反正有一个叫小麦的总结出电和磁的统一规律,叫电磁学。电磁学最猛的就是指出有电磁波(也就是光),电磁学方程告诉我们,电磁波的速度是一个常数。
好,需要了解的就这些了。
现在考虑的是,电磁学是否也继续满足相对性原理?如果是的话,那太好了,相对性原理更猛了。如果不是的话,那就要修改其中的某一个或者两个都要修改了。
电磁规律中,光速是与相对性原理唯一有直接关联的。所以所谓的看电磁学是否与相对性原理相符合,就是看光速是否符合相对性原理。说到底,就是把相对性原理的“物理规律”囊括到电磁学,看看还成立不。
这就回到老爱年少时的那个问题了:当我以光速运动时,看到我前方的光,会是怎么样的?看!这个问题的答案很显然,光速不变原理!也就是说,即使当我光速时,我看到前方的光,仍然是以光速离我而去。
为啥?因为只有这样,才能使电磁学与相对性原理继续相符合。按照日常经验,如果我乘飞船去追光,那么光相对于我的速度将小于光速。这时候,我如果做电磁学实验(比如测量前方光的速度)就会发现,电磁学中的“电磁波速度”发生了变化(变小了),也就是物理规律不同了。这与相对性原理是抵触的。
再想,如果我以光速前进,那么前方的光,按照日常经验,就必须是静止的。这时候电磁波方程就完蛋了,因为方程里,光速位于分母。。。。。
好了,这就是光速不变原理的很重要的一个思想来源。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 14:25:00 +0800 CST  
实际上,在小爱搞出光速不变之前,有一个叫MM实验的,是测量“地球相对于以太的速度”的。以太是神马?就是传说中的电磁波(光)的介质。波都有介质对吧,声波的介质比如是空气,是液体也可以是固体(你的骨头);水波的介质是水。。。电磁波也要有一个介质吧,当时认为一个假想的东西叫“以太”,就是电磁波介质。这个以太是看不见摸不着的,全宇宙范围内都分布着的(光所在的地方,以太就存在)。进一步理论计算表明,以太必须很“硬”,但又必须十分“轻”。。奇葩的玩意。那么以太有速度嘛?它只要存在就必须要有个运动状态对吧。那么测量出地球相对于以太的速度,就可以说明这个问题了。于是做了妹妹实验(MM实验)。。。实验结果是:地球相对于以太静止!!!!

地球居然相对于这个奇葩玩意静止!!这就好比在说,地球是宇宙中心,地球是绝对静止的一样的。。无聊。。当时的科学家们看到这个结果,要是给个批示的话,必然是:已阅。狗屁不通。

结果,小爱对这些科学家说:你们才狗屁不通。

当时为了解释这个狗屁不通的MM实验结果,洛伦兹提出了一个新的理论,修改了传统的牛顿理论。就在这里,洛伦兹给出了“洛伦兹变换”。这个理论可以解释MM实验结果,但它对牛顿理论的改动。。实在令人无语。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 14:48:00 +0800 CST  
据说老爱当时根本不知道这个MM实验,他只是凭着纯思考的方式提出了光速不变原理。然后花了点时间推导出了与洛伦兹变换一模一样的公式,正是因为这点,使得洛伦兹更早给出这组公式,结果就以洛伦兹变换来命名了。据说老爱很谦卑,是他主动提出以洛伦兹命名这组公式的,因为另一方面,洛伦兹是个老前辈。谁知道呢,主不在乎。

如果把光速不变原理运用到MM实验分析中,那么就会完美地解释MM实验的奇怪结果了。关于MM实验(迈克尔逊-莫利实验)各位可以自行脑补比如百度。

最后再提一点点MM实验的东西。MM实验的根本其实就是在检验相对性原理是否在电磁学领域仍然成立(MM实验就是个电磁学物理实验)。奇葩的实验结果告诉我们:如果光速不变,那么相对性原理,继续成立!

到此为止,狭义相对论中的相对性原理,形式上仍然是“物理实验”,但这时的物理实验包括力学实验和电磁学实验了,而不是伽利略时代,只含力学实验。这是个本质区别。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 16:20:00 +0800 CST  
再说一点相对性原理吧。第一版说的是,物理规律对于任何惯性运动者来说都是一样形式的。第一点一版说,这里的物理规律必须包含力学和电磁学。

接下来,老爱发展出了第二版相对性原理,这次他开刀对象是“惯性运动”,改为“任何运动者”:物理规律对于任何运动者来说都是一样形式的。我们知道惯性运动者就是直线匀速运动者。那么任何运动者呢?就是一切形式的运动者,比如做着圆周运动的人,比如自由落体中的人等等。第二版相对性原理发展出了广义相对论。

有没有第三版相对性原理?目前看起来还没有,老爱似乎把这个原理发展到了最高点。但我们都知道,广义相对论还可以继续发展,但现代物理告诉我们,广义相对论发展的方向是量子化。。于是,偏离了原来的发展轨道了。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 16:40:00 +0800 CST  
好,咱们回到SR里面来吧。哦,顺便提一句,广义相对论的简称是GR(G=普通的)。

经过前面几个例子,大家应该对尺缩时涨有了一定的了解。可能还不很理解,特别是那些分析的过程。我这里提一些思考方式上的东西试试看。不知道大家知道归纳法和演绎法不。。归纳法最简单的理解或许就是“正向推导”,就是大家熟悉的:已知一堆条件,去推导出一个结论。演绎法与此则相反是“反向推导”,就是从一个结论去分析出条件来,我上面几个例子的分析法,几乎就全都是演绎法,所以大家很不熟悉很不习惯。其实老爱对这个问题思考了很久(好几年了吧),就是一直在用演绎法,从结论(光速不变)去反推各种条件(时空不再绝对)。他也不熟悉嘛,所以花了很长时间。我上面的例子几乎一直在试图还原老爱的思考过程。以后也会继续。

小爱的思路是这样的:既然自古以来所习惯了的绝对时间、空间观念(时空观)与光速不变是矛盾的,而光速不变是必须成立的,那么我只能去寻找崭新的时间和空间的观念。新的观念从未有过,所以我一点经验都没有。但我有线索,第一个就是检验标准:光速不变。凡是符合光速不变标准的时空观,都可以是正确的。第二个就是几个更基本的原则,比如:确切的事情,必须所有人都认同。比如:因果律必须继续成立等等。根据这些原则和标准,我就能去一个个尝试新的时空观。

最终,很巧,只有一个新的时空观满足这些所有的要求。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 16:57:00 +0800 CST  
好了,思路就说到这,接下来要说SR中的一个十分重要的结论。这个结论可以说是SR里最关键的结论,也是新的时空观,与自古以来的时空观之间的最根本的区别所在。搞明白了这个结论,神马尺缩钟慢,都是小case了。

哎。。这个过程很虐脑。。注意,上面几个例子,我还没用到“虐脑”这词。。

前面我们说,绝对时空观就是指绝对的时间和绝对的空间。很笼统也很空洞。有一个概念可以同时涉及到时间和空间,那就是“同时”的概念。好,结论先给出来:自古以来时空观里的同时,是绝对的;相对论里的同时,不再是绝对的了。

神马叫“同时”,必然是两件或者多件事对吧,没听说过“一件事同时发生”这种话。。。这里就考虑最简单的两件事。两件事同时发生,通常发生在两个不同地点吧,也可以是发生在同一地点。还有,必须是发生在同一个时间(时刻)对吧,否则就不是“同时的”了。

详细的结论是:对于一个人来说,同时同地发生的事情,对于另一个人来说也必须是同时同地发生的。对于一个人来说同时不同地发生的事情,对于另一个人来说可能不再同时发生了。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 17:47:00 +0800 CST  
先举一个同时同地发生的两件事的例子吧。比如说一个由两个球发生的碰撞,球我们认为是点状的哈,没体积的。
那么这组同时同地发生的事情就是两件事:球A在时间T的时候到达空间位置X,球B在时间T的时候到达空间位置X。看,这是两件事啊。额。。好吧,不用数学语言。
重球在比如刚才3点整的时候到达了碰撞位置,轻球也在3点整到达了碰撞的位置。于是俩球在3点整碰撞了对吧。
这是两件事情哦。我们在描述一件事的时候都需要说,是谁,在哪里和哪个时间,发生了什么事。你看,重球是一件事,轻球是另一件事。这两件事的发生时刻都是3点整,发生地点是同一个地点。于是,这两件事是同时同地发生的。碰撞是另一件事,当然也发生在3点和同一个地方,这个例子其实可以说是三件事同时同地发生。。不过我们只看两个球的事件。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 23:45:00 +0800 CST  
接下来举一个同时不同地的例子:两个球从同一高度的不同地点进行自由落体。
地面上的龙野说,俩球被同时放开,结果也同时坠落到地上。女皇说:no no no,我看到的是一个球先放开,另一个球再放开,最后也是先放开的球先落地。狭义相对论里,他们说的都对!!!
我们说,对于同时同地发生的情况,任何惯性运动的观察者都会发现是同时同地发生的,也就是说:同地发生的同时,是绝对的。。。在这里绝对的意思就是,大家都认同。
而对于不同地发生的同时事件,在其他观察者那里,可以不再是同时发生的!!我们说,这时候,同时是相对的而不再是绝对的了。“相对的”的意思是,取决于观察者的运动状态。
这是为什么呢?

楼主 利利熊  发布于 2016-09-11 23:56:00 +0800 CST  
好吧,虐脑的例子来了。前面有看不明白的可以仔细看这个例子。
文字描述:
有一列火车在惯性运行,火车外壳的中间位置画了一个标志(比如一条竖直的线)。火车上有个笑脸,地面上也有个笑脸,就站在铁轨旁面对火车。火车呼啸而过,忽然地面笑脸发现在火车中线刚经过自己后,两道闪电同时发生在自己左右侧,并在地上留下了痕迹。地面笑脸事后检查痕迹,发现自己站立位置正好是俩痕迹连线的中点!他测量了痕迹的距离,然后计算闪光信号传到自己这所需要的时间后发现,很巧,闪电发生的时候,正好也是火车中线经过自己的时候!还有巧合的事情,这两道闪电正好发生在火车的头部和尾部。
靠,好复杂的描述,好吧,我简单地说这个例子:地面上铁轨旁的一个人,在飞驰而来的火车的中点经过自己的同时,发现两道闪电也同时轰击在火车的头尾部。
我描述的好复杂,就是为了试图说清其中可能会引起的一些“误解”。比如简单的描述中,其实已经包括了地面人的一系列计算,扣除了闪光信号传递时间后,才得出“在中点经过自己的同时发生了两个闪电”。
现在问,火车上坐在中点的一个人,观察到的这两个闪电,仍然是同时发生的吗?
上图:


楼主 利利熊  发布于 2016-09-12 18:23:00 +0800 CST  
2,地面人接收到那两个光信号的时候,火车中线已经不在地面人的面前了,应该已经随着火车稍微前进了一点点。前进了多少?就是光信号传播到地面人的那段时间,乘以火车的速度。所以真实情况中,三件事是同时发生的:第一件事是车尾发生了闪电;第二件事是车头发生了闪电;第三件事是火车中线跟地面人位置“重合”。于是地面人宣称他观测到这三件事情是同时发生的,虽然他并没有同时看到这三件事发生。
3,火车上的人,是怎么观测(注意没有用“看”)那两道光信号的呢?可以确定的是,那两道光信号相对于火车人的速度都是光速(光速不变)。于是火车人观测到,这两道光相对于地面人的速度第一不是光速,第二各不相等!这个问题的关键就是这儿!在自古以来的时空观里,火车人会仍然观测到这两道光相对于地面人的速度是光速,但这两道光相对于火车人自己却不是光速。相对论中不再这样。

好了,到这里,答案呼之欲出了。
火车人观测到那两道光相对于地面人的速度不一致,一道快于光速,另一道慢于光速。如果这两道闪电是同时发生在车头车尾的话,那么肯定是一道光先到达地面人,另一道光后到达地面人。对吧。那意味着神马?意味着地面人是不可能同时接收到那俩光信号的!
现在地面人说他是同时接收到那俩光信号,矛盾了不是?于是,反证法告诉我们,是那个“如果”是错的了:“如果这两道闪电是同时发生在车头车尾的话”。这就是说,如果地面人是同时接收到那俩光信号的话,那么火车人就会观测到那俩光信号不是同时发生的。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-12 18:26:00 +0800 CST  
哈,我用一个例子就举证了同时具有相对性了。额。。其实这个例子是老爱亲自设计出来的,好多科普书都用到了这个例子,特别是老爱自己写的那本科普书中,还挺详细的。
这个例子告诉我们,如果两件事,一个观察者观测到是同时发生于不同地点,那么另一个观察者就会发生俩事不再是同时发生的了。反过来说,两件发生在异地的事,一个观察者观测到不同时发生的,那么必定有另一个观测者观测到是同时发生的。
这个现象叫做狭义相对论的“同时的相对性”。
有余力的朋友还可以进一步分析,在这个例子中,火车人观测到哪个闪电先发生,哪个后发生,这两个闪电的发生时刻,与自己(他坐在火车中点位置)与地面人重合的时刻,有什么关系。
同时的相对性,是相对论时空观与自古以来时空观之间的所有区别中,最根本或者最本质的体现。尺缩就可以用同时的相对性来说明,很简单。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-12 18:54:00 +0800 CST  
再设想这列火车很长很长,发生在头尾的闪电信号,要传播很长的时间才能到达地面人那里。当然这时候,地面人仍然是同时接收到这俩光信号的,火车人同样也观测到地面人同时接收到这俩信号,所以火车人仍然认为这俩闪电不同时发生。现在问,火车长度加长了,那么火车人认为这俩闪电发生的时间间隔(时间差)是不是更长了?答案是是的,火车人观测到的俩闪电时间差,正比于火车头尾之间的距离。
好,同时的相对性就说这些吧,接着说说怎么用同时的相对性来解释尺缩。注意,我们在分析同时的相对性的时候,根本没用到尺缩和钟慢,所以就能拿同时的相对性来分析尺缩和钟慢了。这里就分析尺缩吧,毕竟钟慢在前面那个例子里可以很好地理解。
不过这里,我们要用另一种测量长度的办法,当然还是用光。。。。
火车人(龙野)怎么测量火车长度?他安排两个人分别在头尾,约定好时间向他自己发射光信号。龙野则站在火车中央,那么他就能同时接收到光信号。在0时刻(这时刻可以随意指定,但三人必须校准好)那俩人发射了。在某时刻龙野接收到了俩信号。于是列车长度就是时间差和光速的乘积的2倍。
这办法完全可行的对吧,但站在地面上的女皇说no,那方法是不可行的,测到的数字根本不是火车长度。为啥?韩度观测到那俩人是同时向自己发射信号的,但别忘了同时的相对性,这俩光信号在地面的女皇那里,不是同时发生的,而是一先一后向龙野发射的!这怎么可以测到正确的长度呢?
如果仔细分析过同时的相对性例子的话,就可以在这里分析出,女皇发现如果按照龙野的方法去测,测出来的数字是大于(应该被正确测出的)火车长度的。这就是尺缩。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-12 19:26:00 +0800 CST  
最后,我说说在狭义相对论中,什么叫“真实”。
在自古以来时空观的浸渍下,我们习惯了“客观事实(可以称作真相)只有一个”的观点。虽然这个说法是没错,但我们往往用“真相如何展现在我们面前”,来代替“真相”本身了。
举个例子,这俩人之间距离是3米。这是个客观事实或者说真相,更应该说是真相展现在我们面前的方式,尤其是那个“3米”。我们习惯于自古以来时空观了,它说地面上的女皇是这么看的,就算汽车里的龙野看这俩人,也是间距3米。“3米”这个数字,就这么成为一个被夹杂进真相的因素了。相对论说,真相仍然存在,但必须把“3米”这个数字给去掉,或者代替为另外一个更广泛的概念下(时空间隔)的数字。
地面上的女皇发现那俩人间距3米,这是一个观测到的现象,对于女皇来说就是真实的。而龙野呢,他观测到那俩货的间距比如说是2米,这也是个观测结果(虽然不同于莎儿的观测),对龙野来说也是真实的。哪个“更真实”?这个问题就是扯淡的,不存在哪个更真实的情况。
女皇和龙野如果要各自进行一系列计算,那么他们只要把他们分别观测到的数据(女皇是3米,龙野是2米)代入他们各自的公式里,就可以计算出各自的结果。这各自的结果在洛伦兹变换的作用下,是统一的。
所以啊,相对论里,只要是自己观测到的结果,无论多么与别人不同,都是真实的。站在地面上的你观测到的是真实。其实。。。他们所观测到的所谓的真实,只不过是那个“真正的真实”的一个侧面而已。就像一个魔方放在桌上,一旁的我看到它的一个侧面,说是这个颜色的;另一个人站在另一个位置,他观测到的魔方的另一个侧面则是其他颜色的。我们观测到的现象是不同的,但却是同一个真实的不同侧面而已。
所以,神马“火车的长度”啦,“抽烟的时间间隔”啦,都只是侧面!甚至连火车、抽烟这种我们熟悉的东西,都分别只是各自“真实”的一个侧面,不同运动观察者就好像站在不同的方位去观测这个真实一样,当然得到不同的侧面的数据了。嘿嘿,这个真实是啥?说不清,不过有一点可以确定,这个真实必然是四维的,其中三维是空间,一维是时间。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-12 19:47:00 +0800 CST  
额,继续。
现在我们知道,光速不变原理是根本,它揭示了我们自古以来的时空观是需要改变的。新的时空观,跟旧的之间的最关键的区别就在于如何看待“同时发生的两件事”。原本以为是同时发生的,新的时空观里很可能不再同时了。于是很多原本习以为常的许多事情(比如测量长度时所被忽略的一些细节),就可能因此而出现新的问题,这个结果就造成了尺缩钟慢。可以设计出许许多多这样的题目,说真的尺缩钟慢只是这些题目中比较典型的两道题而已。更多奇奇怪怪远离日常经验的情况存在在狭义相对论里面。
光速为啥会不变,其实一方面来源于实验结果,比如那个MM实验,这属于“铁证如山”的。另一方面来源于“相对性原理”所涉及到的一些物理哲学方面的思考,以后还会继续这方面的思考,进而能分析出牛顿力学的时空观(自古以来时空观)中深深地隐藏着的一个内在矛盾,这个矛盾仍然隐藏在狭义相对论中。要解决这个矛盾,还是需要发展到广义相对论才行。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-12 20:24:00 +0800 CST  
接着说说质量吧,这玩意儿初中应该也说过了吧。三体里的光粒,印象都很深。它说,小质量的玩意儿只要加速度到很接近光速,就能拥有跟恒星匹敌的大质量。嗯,这也是狭义相对论里的一个结论,跟尺缩钟慢是一样类型的。
我记得我初中时学到的“质量”的概念是:物体所含的物质的量。。。好吧,这里我要先说说质量的概念。初中这个概念嘛,一笑而过就行。
其实我们更熟悉的是重量,一个物体重不重,很直观就能体验到了。在地球上,你就可以认为,越重的物体质量越大,质量可以看作一个与重量成正比的量。事实也正是如此,高中生们就知道,重量就是质量乘以重力加速度,对吧,重力加速度就是个常数嘛。当然,这种说法其实都是不准确的,但在地球范围内,可以认为是很精确了。
大家或许有个体会,越重的物体,你越推不动。比如一个小乒乓球,很轻,你用手指轻轻一推它就跑出去了。但一个重重的铁球就没那么容易推出去了对吧。这里就记住,质量就相当于是重量。于是我们可以说,质量越大的,你越推不动。或者反过来说,你越推不动的物体,它质量就越大。

楼主 利利熊  发布于 2016-09-12 20:59:00 +0800 CST  

楼主:利利熊

字数:22392

发表时间:2016-09-10 18:54:00 +0800 CST

更新时间:2017-09-27 15:54:53 +0800 CST

评论数:474条评论

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