不懂什么是相对论?你想知道的都在这里,值得收藏

相对论诞生于20世纪初,是由著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的,是关于时空和引力的理论,分为狭义相对论和广义相对论。

相对论的出现,一改以往的传统物理学的认知,一举奠定了现代物理学基础。从发现至今方兴未艾,爱因斯坦也因此被称为“20世纪最伟大的天才科学家"。

然而,相对论到底是什么呢?

关于相对论有两则经典的故事。其一是爱因斯坦在提出“相对论”的时候,曾坦言“全世界真正明白相对论的不会超过10个人。”

其二,相对论引起了世界范围的热烈讨论,曾有年青人询问如何通俗解释相对论。爱因斯坦幽默地回答:“一个男人与美女对坐一个小时,会觉得似乎只过了1分钟;但如果让他坐在热火炉上1分钟,却会觉得似乎过了不止1小时。这就是相对论。”

爱因斯坦的解释可谓言简意赅,但这句话更像是打比方,开玩笑。并非真正意义上的“相对论”。

所谓“相对”,就是“依据基准而定”。

打个比方,男人和女人出门,女人总是说“稍等一会儿”,这个“一会儿”对于女人来说,就是化妆那么短的时间,但对于男人却是漫长的一天。40分钟,或者三个小时……

当然,说到这里可能有些跑题,我们重新回到“相对论”。

相对论认为所有的时间和空间都是相对而言。“10米”的距离对于某些人来说是“5米”,但对另一些人来说可能会变成“2米”。

为了更好的理解这个问题,我们回忆初中学过的物理知识,相对运动。

当一辆火车正以100公里/小时的速度向前行驶,车里有一个人面向前进方向以100公里/小时的速度把球扔出窗外。

对于扔球者本人来说,球的速度仍然是100公里/小时,而对于车外的人来说,球的速度则还要加上火车的速度,等于200公里/小时。

假如车外有人被球砸中,那受到的伤害就相当于双倍。如果这个人恰好坐在对向行驶的火车上,速度也是100公里/小时。那么,对不起,受到的伤害就变成了3倍。

这就就是传统物理提出的相对运动,当你打别人耳光时,等于别人用脸打你的手。

如果看懂了这个,我们继续讨论。把运动的速度加到最快,也就是光的速度,以30万公里/秒计算(实际是299792458km/s)。

注意,这个“30万km/s”的速度,不论在什么情况下,不论对于什么人来说,都是绝对不变的。

还是一辆行驶的火车,不过这是扔的不是球,而是向电车前进方向发射光。

按照之前的理论,速度应该是“光速+车速”。但实际上并非如此,对于外面的人来说,光的速度还是30万km/s。就算电车的速度无限接近于光速,也是如此。

同样,还有另一辆火车正向相反的方向行驶,两车擦身而过。对于这辆车里的人来说会是什么结果呢?

结果还是一样。无论对于谁来说,光速都是30万km/s。

这就是“光速不变定律”。不论由谁发射,发射方向朝向哪儿,结果都是一样。光速只有一个,就是30万km/s,没有再快,也没有再慢。

以“光速不变”作为前提,就会出现一些意想不到的矛盾。

假如说有一架宇宙飞船可以“光速”一半的速度飞行。再假设宇宙飞船从地球出发,飞往月球。月球和地球之间的距离是38万km。假设宇宙飞船一发射就加速至半光速的速度。

在宇宙飞船出发的同时,从地球发射光,射向月球。这束光到达月球需要用1秒多一点,但对于宇宙飞船来说,光速也是30万kms。

但是宇宙飞船以半光速的速度飞向月球。反过来说,“月球正以半光速的速度靠近”。这样就造成一个令人难以相信的结论:

光到达月球用不了1秒钟!这是变魔术吗?

对此,相对论提出了破题的方法。那就是“时间”是“相对的”,“空间”也是“相对的”,在光速不可超越的前提下, 时间和空间都会根据基准的不同而改变。

越接近光速,这种时间和空间的变化差异越明显,这就是相对论。当然注意,截止到现在我们说的只是狭义相对论,在此基础上,还有广义相对论。不过,那就是下一篇文章的内容了。

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