不懂什麼是相對論?你想知道的都在這裡,值得收藏

相對論誕生於20世紀初,是由著名物理學家阿爾伯特·愛因斯坦提出的,是關於時空和引力的理論,分為狹義相對論和廣義相對論。

相對論的出現,一改以往的傳統物理學的認知,一舉奠定了現代物理學基礎。從發現至今方興未艾,愛因斯坦也因此被稱為“20世紀最偉大的天才科學家"。

然而,相對論到底是什麼呢?

關於相對論有兩則經典的故事。其一是愛因斯坦在提出“相對論”的時候,曾坦言“全世界真正明白相對論的不會超過10個人。”

其二,相對論引起了世界範圍的熱烈討論,曾有年青人詢問如何通俗解釋相對論。愛因斯坦幽默地回答:“一個男人與美女對坐一個小時,會覺得似乎只過了1分鐘;但如果讓他坐在熱火爐上1分鐘,卻會覺得似乎過了不止1小時。這就是相對論。”

愛因斯坦的解釋可謂言簡意賅,但這句話更像是打比方,開玩笑。並非真正意義上的“相對論”。

所謂“相對”,就是“依據基準而定”。

打個比方,男人和女人出門,女人總是說“稍等一會兒”,這個“一會兒”對於女人來說,就是化妝那麼短的時間,但對於男人卻是漫長的一天。40分鐘,或者三個小時……

當然,說到這裡可能有些跑題,我們重新回到“相對論”。

相對論認為所有的時間和空間都是相對而言。“10米”的距離對於某些人來說是“5米”,但對另一些人來說可能會變成“2米”。

為了更好的理解這個問題,我們回憶初中學過的物理知識,相對運動。

當一輛火車正以100公里/小時的速度向前行駛,車裡有一個人面向前進方向以100公里/小時的速度把球扔出窗外。

對於扔球者本人來說,球的速度仍然是100公里/小時,而對於車外的人來說,球的速度則還要加上火車的速度,等於200公里/小時。

假如車外有人被球砸中,那受到的傷害就相當於雙倍。如果這個人恰好坐在對向行駛的火車上,速度也是100公里/小時。那麼,對不起,受到的傷害就變成了3倍。

這就就是傳統物理提出的相對運動,當你打別人耳光時,等於別人用臉打你的手。

如果看懂了這個,我們繼續討論。把運動的速度加到最快,也就是光的速度,以30萬公里/秒計算(實際是299792458km/s)。

注意,這個“30萬km/s”的速度,不論在什麼情況下,不論對於什麼人來說,都是絕對不變的。

還是一輛行駛的火車,不過這是扔的不是球,而是向電車前進方向發射光。

按照之前的理論,速度應該是“光速+車速”。但實際上並非如此,對於外面的人來說,光的速度還是30萬km/s。就算電車的速度無限接近於光速,也是如此。

同樣,還有另一輛火車正向相反的方向行駛,兩車擦身而過。對於這輛車裡的人來說會是什麼結果呢?

結果還是一樣。無論對於誰來說,光速都是30萬km/s。

這就是“光速不變定律”。不論由誰發射,發射方向朝向哪兒,結果都是一樣。光速只有一個,就是30萬km/s,沒有再快,也沒有再慢。

以“光速不變”作為前提,就會出現一些意想不到的矛盾。

假如說有一架宇宙飛船可以“光速”一半的速度飛行。再假設宇宙飛船從地球出發,飛往月球。月球和地球之間的距離是38萬km。假設宇宙飛船一發射就加速至半光速的速度。

在宇宙飛船出發的同時,從地球發射光,射向月球。這束光到達月球需要用1秒多一點,但對於宇宙飛船來說,光速也是30萬kms。

但是宇宙飛船以半光速的速度飛向月球。反過來說,“月球正以半光速的速度靠近”。這樣就造成一個令人難以相信的結論:

光到達月球用不了1秒鐘!這是變魔術嗎?

對此,相對論提出了破題的方法。那就是“時間”是“相對的”,“空間”也是“相對的”,在光速不可超越的前提下, 時間和空間都會根據基準的不同而改變。

越接近光速,這種時間和空間的變化差異越明顯,這就是相對論。當然注意,截止到現在我們說的只是狹義相對論,在此基礎上,還有廣義相對論。不過,那就是下一篇文章的內容了。

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