英國著名詩人亞歷山大·波普在牛頓的故居題詩:「自然和自然規律隱匿在一片黑暗之中。上帝說:讓牛頓出世吧!於是一切都變得光明了。」
英國作家斯奎耳模仿亞歷山大·波普為牛頓寫的詩,為愛因斯坦寫了一個《警句》:「但如此不會長久,魔鬼嚎叫道:『派愛因斯坦去!』於是,世界又恢復了黑暗。
相對論誕生已經一百多年,真正理解相對論的人極少,大部分認同相對論的人其實對相對論是一知半解,人云亦云罷了。
如果你真心的想把相對論搞清楚,你會發現相對論看起來是如此荒唐,沒有大徹大悟和高超智慧的人,你沒用辦法理解相對論。我可以斷言,這個世界真正理解相對論的人仍然只有那麼幾個人而已。
相對論的出現我認為並不奇怪,奇怪的是歐洲人是怎麼會承認相對論的?愛因斯坦的論文如果在中國永遠都不會發表的。
下面我們來聊聊相對論中尺縮效應。
相對論認為一個物體相對於我們觀察者以速度v運動的時候,這個物體沿運動方向的長度會縮短一個因子√(1 - v/c)【c是光速】。
一個相對於我們靜止的棍子一米長,現在令棍子縱向運動,速度為v,長變成了√(1 - v/c)米,棍子運動的時候長度縮短了。
相對論最不可思議的是:物體一旦以光速相對於我們運動的時候,長度為零,長度為零,哈哈,這個物體就不存在了,物體以光速運動物體就憑空消失了?
怎么正確理解相對論光速運動長度為零?
我們測量一個物體的長度,這個物體是靜止或者是在運動,在相對論誕生之前無關緊要的,相對論告訴我們,物體的運動會影響到我們對物體長度的測量。
通常測量一個物體的長度,總是要把物體與量尺放在一起,測量時量尺與被測量物體之間的位置保持固定,這樣物體首尾兩端所對應量尺上的刻度之差既為物體的長度。
如果在測量物體時,物體與量尺之間的位置相對運動,那麼這種方法測得的結果就不準確了。這就要求在測量運動物體的首尾兩端時要同時進行。
那麼怎樣測量才算是同時的呢?這裡又涉及到時間的同時性概念,我們說這個測量是同時進行的,如果在被測物體首尾兩端的兩個觀察者所用的時鐘是同步的,並且在讀取量尺上的讀數時,兩個時鐘所指示的時間是一樣的話。這樣測量所得的結果與物體運動的速度就無關。
而我們通常所指的測量是由一個觀察者同時對物體首尾兩端進行的測量。當物體靜止時,我們只需一個觀察者即使在不同的時刻進行測量,其結果也不會有影響。
但是當所研究的對象是在一個高速運動的物體時,一個觀察者相對於物體靜止,同時測量物體的兩個端點,這個同時在另一個相對運動的觀察者看來不是同時的。二者對物體長度有著不同的看法。
相對論強調的是在空間中每一個點對應一個時刻,不同的空間點,某一個觀察者看是同時發生的兩個事情,另一個相對運動的觀察者發現不是同時的,同時因空間位置不同、觀察者的相互運動而不同。
我們知道,光速是有限的,光在空間的運動是需要時間的。測量物體的長度時,只有當物體兩端發出的光信號同時到達觀察者所在的位置時,測量物體的長度才可以真正代表著物體真實的長度。
所以,相對論中的縮短效應是一種因為測量而引起的觀察效應,不是物體的長度真實的、絕對的縮短了。測量是一種活動,也是一種運動,物體的運動很自然的會影響到觀察者的測量這種運動。
相對於我們觀測者靜止的一個汽車,我們觀測者測量其長度,是3米長。這個汽車相對於我們觀測者有3米長-這僅僅是一個幾何概念,一旦這個汽車相對於我們觀測者以某個速度運動起來,這個汽車的長度問題不光是幾何問題了,而包含了物理問題,物理-就是我們觀測者對物質世界運動的描述,所以,運動的汽車的長度問題和我們觀測者測量這種活動是緊密的聯繫在一起的,沒有觀測者,或者不指明哪一個觀測者,談論運動的汽車的長度問題是沒有意義的。並且,我們還要把測量的結果和觀察者的測量活動聯繫在一起。運動的汽車長度縮短了,是相對於某一個觀測者----不是任何一個觀測者都認為汽車縮短了----物理規律是我們觀測者對物質世界運動的一種描述當然與我們觀測者的描述有關所以只有相對於某一個確定的觀測者才有意義。
有一個悖論可以加深我們對相對論尺縮效應的認識。
一個農民有一個8米的倉庫,一個司機駕駛9米的汽車以接近光駛向倉庫,農民說,由於相對論尺縮效應,我的倉庫靜止,長度不變,你汽車運動,長度收縮,所以我的倉庫可以裝下你的汽車。
而司機說,我的汽車在我看來是靜止的,長度不變,是9米,而你倉庫在我看來是運動的,你的倉庫要小於8米,所以你的倉庫裝不下我的汽車。
倉庫能不能裝下汽車是一個確定的事實,其中必然有一個人說法是正確的,哪一個說法是正確的?
由於倉庫相對於農民靜止,農民在確定汽車碰上牆壁的同時可以確定汽車已經進入倉庫的門。
而司機確定了汽車碰到牆壁,再去確定汽車是否進倉庫門,這個信號的傳遞需要時間,對於司機來說,他看到了汽車碰牆壁的時候,汽車相對於倉庫以接近光速運動,在信號傳遞這段時間裡汽車已經進了倉庫的門。
所以,農民的說法是正確的。
有很多人認為討論相對論這些效應純粹是無聊,其實,這裡面隱藏著巨大秘密。
相對論告訴我們物體以光速運動就不佔用空間,這個為人類以後大規模的瞬間移動技術提供了理論根據。我們知道,物體在地球上空運動速度很快,會和空氣劇烈的摩擦而產生高溫,使物體燒毀。
但是物體一旦以光速運動,不佔用空間,質量和電荷特性消失,和別的物體不發生相互作用,兩個剛體甚至可以輕易的穿越過去。所以,光速運動的物體反而變成可以實現的技術,因為不需要特別耐高溫的材料。
對相對論的深入研究,統一場論【百度統一場論6版】的出現,為人類大規模的瞬移提供了理論根據。將來,人類利用瞬移技術造出全球公共運動網,可以使人員和商品一秒鐘出現在全球的任何地方。
人類可以造出光速飛行的飛船,可以方便、廉價的星際旅行。