通俗的解釋什麼叫「狹義相對論」

2020-12-05 科學爆發戶

親愛的看官,如果你從不知道狹義相對論,那麼請給你的大腦系好安全帶,因為哥要帶你的大腦飛一把了。如果你知道狹義相對論,如果有什麼觀點,歡迎討論。

不說公式,也不說複雜的數學,先問你們一個看似腦殘的問題:你拿著一個時鐘,那麼無論你是站著還是以跑著,這個時鐘的運行速度都是一樣快,對嗎?

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在原地站在地面上的人看來,跑動著的你手裡的時鐘,走字的速度變慢了。

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註:在低速運動狀態下,這種變化微乎其微,而若你的跑動速度,越接近光速,時鐘變慢的效果會越明顯。

這就是狹義相對論中的時間膨脹效應。

註:狹義相對論中,相對於慣性系統移動的時鐘會走得較慢。

先別急著反駁,這麼奇怪的理論,擱誰都不願意相信,小編我以前也不信。但為啥現在人們會認同這種詭異的理論呢?

因為實驗是不會說謊的,科學家們曾在超音速飛機上裝非常精確的時鐘,在飛行結束後,他們發現時鐘整整慢了一秒鐘。在1940年、1959年、1972年的多次經典實驗,一再證實了這種速度,使時間變慢的效應的存在。

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試想一下,如此有趣的時間膨脹效應會造成什麼現象呢?

再舉個慄子:咱們再拿著鍾跑,這次跑快點,如果咱們以光速的距離繞地球跑步。在咱們看來,哪怕繞地球跑個幾千圈,地球上的所有的人和事也幾乎是靜止不動的。手裡的始終一秒仍然是一秒,不會快也不會慢,但此時你手裡的表已經和地球上的表時間不同了。

下面這個例子是比較著名的雙生子佯謬

雙生子佯謬

假如有一對雙胞胎兄弟,哥哥和弟弟今年都是30歲,哥哥是一名太空人,弟弟是一名報社的記者。

哥哥接到一項非常重要的航空任務,要去鄰近的一個恆星去考察,這個恆星距離地球有九十六萬億千米。大約需要十光年的距離,哥哥的宇宙飛船以接近光速95%的速度運行。以此推算,從地球上出發,到返回地球需要22年左右的時間。這段時間裡,記者弟弟結了婚,生了兩個孩子,模樣也變得蒼老了。

但在這段時間裡,對於哥哥來說,卻是另外一種不一樣的情景。當宇宙飛船以接近光速的速度,穿梭於星際太空時。宇宙飛船內的鐘表悄悄地為他放慢了腳步,並不是錶停了或者是壞掉了,而是時間本身為飛船和飛船上的成員放慢了節奏。對於宇宙飛船裡哥哥來說,這仿佛一切都沒有什麼變化,一秒鐘還是一秒鐘,一小時也從來沒有多或者少一分鐘。但在哥哥離開地球出發之時,宇宙飛船上的時間已經和地球不一樣了。

當任務完成之後,宇宙飛船進入太陽系的時候,宇宙飛船裡的時鐘顯示,此次任務一共用了十年的時間。兄弟倆都知道時間會變慢的效應發生,但兄弟倆再次重逢時,還是避免不了震驚。哥哥已是40歲的中年男人,而弟弟已經52歲。雙胞胎也不再是雙胞胎,弟弟現在也不再年輕。而對於哥哥來說,他相當於用了十年的時間,來到了12年後的未來。

這就是來自阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論,該理論可以引發眾多思考,比如時光旅行,穿越,四維空間等等。我們可以大膽的想像一下,如果速度超過光速,或者比光速還要快千倍萬倍會發生什麼?

星際穿越

最後小編推薦一部豆瓣評分達9.1分的科幻電影。這部電影中的父親,經過時空旅行回來後,女兒已經白髮蒼蒼,而父親卻正值壯年。看過這部電影的老鐵都應該猜到了,片名叫做《星際穿越》。

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    眾所周知,愛因斯坦的狹義相對論規定,真空中的光速是宇宙中一切物體運動速度的上限。根據狹義相對論公式,物體運動速度愈快,時間間隔愈大,空間間隔愈小,慣性質量愈大。假如物體運動達到光速,則運動物體時間將膨脹至無窮大,運動物體長度將收縮為零,運動物體慣性質量將達到無窮大。
  • 廣義相對論和狹義相對論
    在牛頓理論所構建的世界中,人們普遍認為存在一個絕對靜止的參照系,各種物體相對這個參照系存在一個絕對的運動,但是這個理論其實只適用於解釋地球上的現象,放之宇宙,有些現象是解釋不通的。所以愛因斯坦對此理論進行了顛覆。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(下)
    也就是說,貝索是愛因斯坦在狹義相對論的論文裡唯一明文感謝的人。他那天到底跟貝索聊了啥,我們現在是沒法知道了。但是,我們試著猜想一下,看看愛因斯坦在1905年初到底知道些什麼,困擾他的問題又是什麼,要怎樣才能合理地解決這些問題。20對應態定理這個問題的產生很簡單:只要我們認為麥克斯韋方程組滿足相對性原理,就一定會推出光速不變這個難題。