发电机能不断发出电子,难道电子一直用不完吗?

宇宙时空探索 2024-12-31 15:54:53

有人曾直截了当地说,你的速度无疑超出了光速,因为这不过是基础的算术,连小学生都会计算。

然而,很多时候,我们的直觉并不值得信赖,因为它源自日常的现实经验,建立在绝对时间和空间的概念上。

究竟何为绝对时间和空间呢?简而言之,就是时间和空间是一成不变的,任谁对其感知都无异。例如,你眼中的一秒钟和我眼中的一秒钟并无二致,因为时间是绝对的。

但爱因斯坦却告诉我们,那种绝对的时间和空间的观念是错误的,时间和空间实际上是相对的,这意味着它们可以伸缩,任何物质及其运动都能影响到其周围的时空,因此,每个人实际感受到的时间和空间都是独特的。

只是,我们生活在一个速度缓慢、引力微弱的环境中,很难直观体验到时空的变化,于是我们会错误地认为时空是绝对不变的。但在速度接近光速或引力较强的情况下,时空的变化就变得明显了。

听了这些,你可能已经明白了,即便是在光速飞船上奔跑,你相对于地面的速度也不会超过光速,仍旧是光速不变。

当然,飞船本身也无法达到光速,所以你相对于地面的速度永远不会超过光速。这一点表明,任何试图依靠速度累加来实现所谓的“超光速”的想法,都是不切实际的,实际上,这种想法仍旧束缚于绝对时空观之中。

你可能会质疑:难道我们平时所用的速度加法公式有误吗?

实际上,公式没错,但又不全对!这种说法并不矛盾,接下来,让我们深入探讨。

我们日常所用的速度加法公式,实际上是伽利略变换,公式表示为V=V1+V2。伽利略变换基于绝对时空观,因此只适用于低速情况。

例如,你乘坐的高铁速度为每秒100米,你在高铁上走动,速度为每秒5米。那么你相对于地面的速度应为每秒105米,这一结果符合我们的日常经验。

但是,由于伽利略变换建立在绝对时空观之上,它只是一个近似值,仅适用于低速环境。一旦涉及到高速情况,伽利略变换就不再适用,必须采用洛伦兹变换,这也是爱因斯坦将伽利略变换作为相对论基本公式之一的原因。

洛伦兹变换考虑到了时间的相对性,它不仅适用于低速情况,在接近光速的速度下也同样成立。

从公式中可以看出,当V1和V2的值较小时,公式中的分母接近1,于是公式就简化为V=V1+V2,即伽利略变换。所以,伽利略变换不过是洛伦兹变换在低速情况下的一个特例,一个近似值。

但若V1和V2的值很大,接近光速时,公式就不能简化为伽利略变换了。而且,无论V1和V2的速度多大,哪怕两者都是光速,最终的叠加速度还是光速。

而且,只要V1和V2中有一个为光速,最终的叠加速度也始终为光速。

如果要细究,那么在火车上奔跑的那个例子中,你相对于地面的速度实际上并非每秒105米,只不过这个误差小得难以察觉,对我们的日常生活也无影响,哪怕是火箭发射,也不必考虑时空的相对性,仍旧基于绝对时空观。

那么,在相对的时空观下,为何速度不能简单叠加呢?

相对的时空观的一个重要前提是光速恒定,即光速不变原理,在任何参照系中,光速都是固定不变的。为了保持光速的恒定,时间和空间必须做出调整,否则光速就会改变。

因为速度等于距离除以时间,如果在任何参照系中光速都是固定的,那么时间和空间就必须做出相应的改变。

举个例子,你乘坐一艘速度为0.5倍光速的飞船。我站在地面上,手拿手电筒,发出一道光,你试图追赶这道光。

从我的视角看,光速就是光速,很好理解。但对你而言,你看到的光速是多少呢?

你可能会认为,因为你以0.5倍光速追赶光,所以你看到的光速应该是0.5倍。然而,实际情况并非如此,你见到的光速还是光速。

我们之间的运动状态不同,静止的我和亚光速移动的你看到的光速是一样的,那必然意味着某些东西需要调整,否则我们所见的光速不可能相同。

速度只与空间和时间有关,所以必须是空间或时间有所改变。而爱因斯坦强调,时间和空间是一个整体,所以它们必须同时改变。

光速的这种绝对性,即光速不变原理,明显违背了我们的直觉,但实验结果完全证实了光速确实是不变的。

这也是爱因斯坦为何大胆假设“光速不变”的主因。没错,光速不变原理只是一个假设,也可以说是一个公理,就像“两点之间直线最短”一样。任何公理都不需要证明,也无法完全证明。

当然,爱因斯坦并非随意提出“光速不变原理”。理论上,既然光速不变是假设,你完全可以提出自己的假设来替代它,并在此基础上创建自己的理论,这完全没问题。

但前提是,你的假设必须与实验结果相符,且理论要自圆其说。还有一点,假设的东西越少越好,因为任何假设都像一颗“定时炸弹”,随时可能爆炸。假设的东西越多,出错的概率就越高!

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