今天来和大家聊聊狭义相对论。
相信大部分人都听说过这个名词,但是你们知道它是什么吗?它又是怎样影响着我们的生活呢?
狭义相对论是由爱因斯坦提出的一种物理学理论,它告诉我们时间和空间并不是像我们想象的那样稳定和绝对的。
让我们现在想象一个飞船的乘客,我们向前扔出一个球,球在以一定的速度前进,这个速度简单地对应于给球的动力。
但如果我们从地球的角度来观察,球似乎移动得更快,因为有着它自己的速度与飞船本身的速度。
但奇怪的是如果我们使用手电筒进行相同的实验,无论我们是静静地看着它,还是移动着看着它,它的速度都是一样的,光的速度都是以一样的速度前进。
这就是狭义相对论中的两个重要原理,相对性原理和光速不变原理。
有趣的现象对于这个原理的应用,解释了一些更有意思的现象。
重新让我们想象一下,飞船里的乘客拿着两个手电筒,其中一个指向前方,另一个指向后方,他同时点亮两个手电筒,从他的角度来看宇宙飞船是保持不动,光线会以相同的方式传播,因此光线将同时到达飞船的两端。
但在同一时刻,地球表面的观察者,看到了不一样的结果,两个手电筒灯同时亮了,光以相同的速度在两个方向上传播,但是向左发送的光将先到达飞船背面,而右边的光线后到达。
怎么解释这个呢?
我们必须把我们的直觉放在一边,时间和空间并不是稳定的。
时间在高速物体中膨胀了,虽然在飞船里面看,飞船里的时间是同步的。所有时间都是中午12点。
但是在外面看,这个宇宙飞船的中间是12点,飞船的后面已经是下午1点了,而飞船的前面只有上午 11 点。
这个效应很微小,只有在极高速度下才会变得显著。但它是真实存在的,被广泛应用于卫星导航系统中。由于地球的引力会影响时间的流逝速度,卫星需要校准时间才能精确地定位。
著名的“孪生兄弟悖论”,也是说明这个问题。
而当你移动的时候,物体的长度也会变短,这也就是长度收缩。
在正常速度下,这种收缩是几乎检测不到。
例如全速行驶的汽车在高速公路上只会缩短大概围绕原子核的长度。
但我们越接近光速,这种收缩越明显。
如果我们的宇宙飞船可以以其光速的 85% 行进,飞船的长度将收缩一半,以 99.5% 的光速,观察到的长度只会是十分之一。
从地球上看宇宙飞船会显得极为扁平,但从乘客的角度看是外界变得扁平了。
狭义相对论,它教给我们时间和空间不是绝对的。
但是光速是不变的,我们几乎是不可能达到光速,因为这需要无穷大的能量。
狭义相对论的应用有很多,就比如GPS导航,高能粒子加速等等。
随着我们更多的探索和思考,我们会揭开更多奥秘。
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