1900:遊走在歐洲的物理學霸

第55章 一章教你搞懂狹義相對論

因為如果把手電筒換成木棍,這兩種情況下把木棍投出去,則b觀察到的木棍飛行速度肯定不一樣。根據牛頓的慣性定律和直覺,人在助跑後,木棍能投的更遠(假設投擲的力一樣)。

問題來了,為什麼慣性對木棍起作用,對光就不起作用呢?

後世的我們知道,第一因為光沒有靜止質量,所以也就沒有慣性;第二光是瞬間激發的,開啟手電筒之前,光並不存在。

光在產生出來的一瞬間,就和光源沒有關係了,不僅人a的速度不影響光速,就連地球的公轉速度也不影響光速。

這一點現在應該可以很好理解了吧。

難的是第二點,光速與觀察者的速度無關。

假設現在沒有b這個觀察者了,而是a拿著手電筒勻速奔跑,自己觀察光速。

在開啟手電筒的瞬間,a有三種選擇,第一繼續向前奔跑,第二靜止不動,第三掉頭往回跑。

結果在這三種情況下,a觀察到的光速全是一樣的,都等於c。

這又是非常反直覺的現象。

因為光既然有一個具體的速度,那麼順著光跑,應該會觀察到光速變慢;逆著光跑,則會觀察到光速變快。

可現實卻不是這樣,為什麼牛頓力學的速度迭加不再起作用呢?

這就涉及到時空的本質以及時空轉換了,也是狹義相對論最最最難理解的點。

當時的普通人和物理學家在這一點上的認知幾乎是相同的。

那就是在牛頓體系下,時間和空間是絕對的。測量時間的長短和測量空間的大小是絕對的,只有速度是相對的。

但是狹義相對論卻指出,時間和空間是相對的,速度才是絕對的。測量時間和空間需要參考系,測量速度卻不需要,速度是一個常量(不僅僅指光速)。

後面的鐘慢效應、尺縮效應、以及質能方程都是基於這種時空觀下的理論推導。

只要完成了這一時空觀念的轉變,打破經典力學的絕對時空觀念,就能理解狹義相對論了。

至於如何理解空間和時間的相對性,那就是另一個複雜的問題,這裡不便展開。

現在再回到第二點,為何速度不能迭加,通俗地理解,以不同速度運動的物體各自有自己的時間和空間。

所以此刻a所處的時空和光所處的時空已經不是同一個時空了,牛頓定律自然就失效了。

注意!這種情況下,哪怕是把光換成木棍,其實也不能迭加。

之所以後世初高中學習時,可以直接迭加,是因為在低速情況下,算出來的誤差很小。

根據洛倫茲因子計算,當物體速度大於0.14倍光速時,相對論效應才大於1%。

所以在日常活動中,使用牛頓力學的近似計算也沒什麼問題。

至於光速為什麼會是這個值,誰也不知道,只能把它當成宇宙真理,造物主故意設定等等。

李奇維想到這裡,不由自主地一笑,狹義相對論果然過於逆天,難怪發表後得不到理解和認可。

一旁的威爾遜看到他無故發笑,便問道:“布魯斯,你又有什麼好想法了,要不和我討論討論?”

李奇維回過神,笑道:“哦,我在幻想,我獲得今年諾貝爾物理學獎後發表的演講呢。”

老威很生氣,快速遠離了裝逼犯。

狹義相對論是一個大劇情,後面的學術爭論會很精彩刺激,所以老虛需要一些鋪墊,說明爭論的核心點是什麼,方便讀者理解。當然我知道書友們都是人均博士起步,但為了劇情完整,我覺得還是要寫的。

最後,求收藏求追讀,大家在評論區罵那麼狠,最起碼給點票票補償下吧。

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