為什麼狹義相對論能揭示時間和空間的奧秘

2021-01-13 騰訊網

前面幾期文章中我詳細介紹了愛因斯坦的狹義相對論,其中狹義相對論誕生的起源是因為:光速不變與牛頓速度疊加公式衝突,所以愛因斯坦挑戰了下人類對時間和空間的認知直覺,大膽提出了狹義相對論,但是狹義相對論為啥能揭示時間和空間的奧秘呢,今天我來談談這個問題。

首先我再次談談什麼叫相對性,比如一個物理量數值如果不隨參考系的變化而變化,我們就說這個物理的量是絕對的。比如一個物體的溫度是5度,那麼這個數值不會因為我換了一個參考系,數值就變成10度,所以我們說溫度這個物理量是絕對的。

但是我們再看看速度這個物理量,請問它是絕對的嗎?不是的,因為我換了一個參考系,原來速度是0的物體,可能就擁有了10m/s的速度。舉個例子一個小球靜止於地面,我們以地面參考系來看小球速度是0,但是如果有一個速度為10m/s的火車,火車裡面的人看這個小球速度就不是0而是10m/s,所以一旦參考系換成火車,小球的速度馬上變,這就是一個物理量具有相對性的真實含義,這個我再前面已經講過很多次。

但是不知道大家發現沒?為啥這麼多物理量,速度偏偏是相對的?大家仔細思考過這個問題沒。在牛頓時代,當時的物理學家基本一致認為只有速度這個物理量是相對的,其它物理量都是絕對的。但是人們卻不明白為啥速度如此特殊?直到後來有一個人站出來說了一句話:速度之所以是相對的,是因為我們的時間和空間也是相對的。這個人就是愛因斯坦。

大家先想想速度公式是啥,不就是v=s/t嘛,既然速度是相對的,那麼我們就要看看速度是如何計算的,我們發現速度=位移/時間,其中位移不就是我們的空間,當然時間還是時間,所以速度的相對性本質上是根源於時間和空間,所以我們很自然推理出結論:時間和空間也具有相對性。

那麼如何理解時間和空間的相對性呢,我們首先談時間,當我說時間是相對的,那麼面對同一個物理過程,從不同參考系得出的時間就會不一樣,比如我吃飯花了10分鐘,這個10分鐘是以我自己為參考系得出的結論,此時如果有一個人在一列運動的火車上看我吃飯的過程,他未必覺得也是10分鐘,他也許會覺得比10分鐘時間更長,這就是時間相對性。

如何理解空間相對性呢,空間有x,y,z三個方向,我們只需談一個方向即可,因為三個方向屬性都是一致的,其中一個理解到位了,其餘的自然就理解了。當我取一個方向來談,其實空間就是長度,也就是位移。所以說空間相對性可以這樣理解,當我說一根鋼管長5米,我是以地面為參考系得出的結論,此時如果有一個人在一列運動的火車上去看這根鋼管,他也許會覺得這根鋼管是1米,這就是空間的相對性。

所以這樣一步一步推理,當你正確理解時間和空間的相對性了,你就慢慢理解到了狹義相對性,當你理解了狹義相對論,你就會感嘆愛因斯坦的智慧的確偉大。我是《小彭來給您解惑》,如果喜歡文章可關注我。

相關焦點

  • 廣義相對論和狹義相對論
    相對於牛頓力學,愛因斯坦相對論顛覆性的改變在於否定了絕對時間和絕對參照物的存在,從而改變了我們對空間和時間認知的概念,即時間和空間是物質相互作用的結果,而不是物質相互作用的背景。 先來說狹義相對論。簡單來說,狹義相對論是一種新的時空觀,在這種時空觀中,物體的運動速度會影響其質量,空間,以及時間。這個看似古怪的理論其實已經經過無數實驗的證明。
  • 狹義相對論和廣義相對論的區別是什麼?
    要了解狹義相對論和廣義相對論的區別,我們首先要搞清楚,這兩個理論大概說了什麼?狹義相對論我們先從狹義相對論說起,其實狹義相對論解決了一個物理學的重大矛盾。這個過程就有點像平面幾何,就只有五條公設,但是能搞出一整套體系。而這裡的相對性原理,說白了就是經典物理學的老套路,在研究運動時,需要先選個慣性參考系。通過這兩條假設,愛因斯坦出了很多奇葩的結論,比如:時間膨脹。說的是,如果你想對於我高速運動,那我看你的時間就會變慢,這種變慢可以理解成,如果你在高速的飛船裡做操,那我這裡看到的就是你在慢動作做操。
  • 怎樣理解狹義相對論——狹義相對論簡析
    但很可惜由於根深蒂固的絕對空間和絕對時間觀,他並沒有把洛倫茲變換推廣到物理層面。後來由一個籍籍無名的博士生、瑞士專利局的小職員愛因斯坦毅然拋棄絕對空間和絕對時間觀,提出相對空間、相對時間和絕對時空的全新時空觀。
  • 狹義相對論:時間膨脹
    愛因斯坦的相對論分成狹義相對論和廣義相對論兩部分, 其中狹義相對論主要是針對高速運動的物體的規則。
  • 一口氣通俗理解《狹義相對論》時間膨脹效應
    《狹義相對論》也是如此,因為在日常生活中,我們所接觸的一切事物,如果利用《狹義相對論》來計算更精確,但是與我們原本的常識之間的誤差,更加微不足道,除非利用更加精密的儀器,否則你要突然蹦出來一句「時間是相對的,我的時間比你走得慢」,肯定分分鐘讓吐沫淹死。實際上狹義相對論並非難以攀登,就是一層窗戶紙,捅破了也就破了。
  • 愛因斯坦是如何發現狹義和廣義相對論的?
    有些讀者對這個問題感興趣,他們想知道愛因斯坦是怎麼發現相對論的,是用實驗的方法慢慢驗證推理出來的,還是直接用數學方法和物理思想推出來的。愛因斯坦是怎麼想到要去創立相對論的呢,有哪些時代背景和機緣巧合,為什麼同時代那麼多權威的物理學家都沒有辦到,他一個畢業工作沒幾年的小毛頭是怎麼辦到的?
  • 狹義相對論和廣義相對論到底有啥區別?
    之前的所有文章,我們多次談到相對論中的時間膨脹和長度收縮概念,其實這裡所說的相對論僅僅是狹義相對論,其中長度收縮僅僅是一種相對效應,也就是地面人看運動的物體,長度變短了,但是運動物體自己看自身,長度依然是沒變的,這就是長度的相對性,如果不理解這個,可以翻翻前面的文章看下。
  • 愛因斯坦的「狹義相對論」
    狹義相對論包含了兩個基本原理:狹義相對性原理和光速不變原理。所謂狹義相對性原理就是說所有物理定律在所有慣性參考系中都是有效的;光速不變原理就是說光總是以一個確定的速度傳播,傳播速度的大小與光源的運動狀態沒有關係。在經典力學中,物體的運動速度跟觀察者所處的慣性參考系統有關,而光速不變原理卻與之不相容。有了這兩條基本原理,我們才能更好地理解狹義相對論。
  • 時間和空間是相對的嗎?——否定相對論時空觀
    當然也指出了現代物理學手冊所給出的對普朗克能量子的錯誤猜想:以光子本能光速運動的錯誤光物理為基礎所導出的普朗克能量子的相關參數必須重新定義和考慮。時間和空間不是物質,是物質存在和運動的屬性,與物質的物理屬性一樣,決定於物質的本質——物質的系統構成;使物質具有不以人的意志為轉移的客觀必然性的屬性。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論
    這是愛因斯坦和其他物理學家最大的不同,也是理解愛因斯坦創立狹義相對論的關鍵。那麼,我們不禁要問:為什麼愛因斯坦會如此堅信「不存在絕對運動」呢?如果這個事情這麼重要,為什麼其他物理學家不這樣想呢?要理解這個事,我們需要先理解為什麼之前大家基本上都認為存在絕對運動?
  • 7.用相對論解釋時間為什麼會變慢(下):時間+空間=4維時空
    可是現在,時間好像也沒有想像的那麼特別了,它也是可以被影響的,只要在空間中的運動就可以讓時間變慢。不過也難怪人們很久都沒有發現,因為光速太快了。不論是坐火車,還是坐火箭,人類所能達到的速度都遠遠比不上光速,雖然再慢的速度也會影響到時間,但是帶來的時間改變卻是非常小的,小到了根本察覺不到,所以才幾千年來都沒有被發現。
  • 相對論為什麼有「狹義」和「廣義」之分?
    說起愛因斯坦,都知道他提出了著名的相對論。但是你可知道,相對論為什麼有「狹義」和「廣義」之分呢?了解「相對論」對於研究現代物理學的人來說,是十分必要的。據說,相對論的創始人阿耳伯特?愛因斯坦從小就思考這樣兩個問題:(1)如果有人跟著光線跑,並努力趕上它,那麼,這個人將看到些什麼現象呢?
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(下)
    於是,他的問題就變成了如何協調牛頓力學和麥克斯韋電磁理論,而不是試圖用牛頓力學去解釋一切。看懂了這點,我們才能明白愛因斯坦的那些神來之筆,那些似乎是從天而降的天才想法是怎麼來的。才能明白為什麼愛因斯坦跟其他物理學家的思路不一樣,為什麼他會捷足先登創立狹義相對論。
  • 狹義與廣義相對論淺說---廣義相對論1
    歡迎廣大宇宙愛好者持續關注我們微信平臺!宇宙解碼公眾平臺即將推出科幻故事連載活動,將會在每周六或周日發布一篇精選科幻故事,覺得好看就分享給朋友吧!因為我只要說是這種藍色的東西使得鍋裡冒出蒸氣,或者至少可以說有這種可能,但是如果我注意到這兩個鍋底下都沒有什麼藍色的東西,而且如果我還觀察到其中一個鍋不斷冒出蒸氣,而另外一個鍋則沒有蒸氣,那麼我就總是感到驚奇和不滿足,直到我發現某種情況能夠用來說明為什麼這兩個鍋有不同的表現為止。
  • 通過「狹義相對論」剖析所謂「絕對真理」到底是什麼?
    前面我通過10多篇文章詳細介紹了狹義相對論的起源、誕生過程、內涵以及意義,其中對愛因斯坦用理性戰勝直覺的偉大創舉表示了高度的評價,但是有很多反相對論的網友卻認為「狹義相對論」未必正確,為啥會覺得這麼一個物理理論是不正確的呢?其主要原因就是這些網友壓根不懂狹義相對論。
  • 愛因斯坦的狹義相對論到底什麼意思?如何通俗地理解?
    通俗的語言來講,狹義相對論就是建立在兩個基本前提下推導出來的理論,這兩個前提就是光速不變原理和等效性原理,其中光速不變原理是非常重要的一點,講的是光速與光源以及光源的運動狀態沒有關係,它是一個常數,在任何運動狀態和參照系下都是光速!
  • 為什麼廣義相對論比狹義相對論更完善?原因就在這裡!
    愛因斯坦有兩大著名的相對論,一個是狹義相對論,另一個則是廣義相對論。狹義相對論的提出早於廣義,並且狹義相對論的範圍並沒有廣義那麼大,而且不涉及引力。在愛因斯坦提出狹義相對論之後不久大約10年,廣義相對論便誕生了。
  • 相對論中:時間在狹義和廣義的概念下有什麼不同?
    下面是我們經常會在科普文章看到的一個公式:這是狹義相對論的結論,物體速度越快,時間過的越慢。其實難懂是因為大家只針對相對論的結論去思考。如果大家能看看狹義相對論的原理還有一些推導過程,會發現並沒有那麼難以理解,一切都結論都是那麼水到渠成。
  • 為什麼愛因斯坦狹義相對論中的光速不能被超越?
    在宇宙中,物體(能傳遞信息)最快的速度是光速,而且物體速度在光速的情況下,會發生很多神奇的事情,比如物體的速度達到光速,時間就會停止,按照狹義相對論的說法,任何有質量的物體都無法達到光速,只能逼近光速,更是不可能超光速。那麼速度的上限就是光速了嗎?
  • 狹義相對論剛發表,就遭到科學家冷眼!112年後,依舊難以理解
    還有一篇就是我們最熟知的質能方程,其方程E=mc,這個簡單而幹練的方程卻揭示出了宇宙最驚人的一個秘密,一個質量很小的物體也可以包含著巨大的能量,這也為原子彈的研製提供了理論依據。但這些都不是最重要的,在這些論文中,也誕生了狹義相對論。所以這一年也被後人稱之為「愛因斯坦奇蹟年」。愛因斯坦小時候這樣思考過,當他看著倫敦的大本鐘運動時,錶針會變化嗎?