怎樣才算是真正理解了「狹義相對論」?

2020-11-22 騰訊網

前面的幾篇文章中,我們多次提到,狹義相對論造成的各種效應也是相對的,但是這種相對性都是對某參考系而言,這些參考系又是什麼參考系,必須具有啥條件,才能叫參考系呢?

這是一個基礎的問題,所以我們得回歸基礎的物理定律。首先問大家,你對「參考系」從字面意思如何理解?是不是感覺它是一種基礎和標準,所有都以他為標準計算。同時你是否也會感覺,參考系其實是一個容器或者舞臺,所有的物體都是站在這個舞臺上的演員,舞臺只是提供了一個參考而已,用於容納這些演員。

但是狹義相對論告訴大家,演員的表演效果和劇情,可不是一成不變的,你換一個舞臺來看同一個演出,你會發現不同的故事,所謂一千個人心中有一千個哈姆雷特!不僅僅是藝術上的表達,更是對相對論中的「相對性」完美的體現。

那麼參考繫到底需要具備啥條件,才能榮幸的成為狹義相對論中的「舞臺」或「容器」呢?其實很簡單只要是慣性系即可。什麼是慣性系?就是做靜止或者勻速直線運動,自身不受力,沒有加速度的參考系。你也許會覺得,這樣的參考系,太好找了,但是我讓你去找一個,你就會發現,我靠!不太好找。比如你說地面就是慣性系,對不起,地球圍繞太陽在動,受到太陽萬有引力做圓周運動,不是慣性系。只不過我們在地球上的運動幅度和速度,相對地球圍繞太陽轉,實在太小太小,小到可以忽略而已。

當你用這種慣性系做「狹義相對論」的參考系,你會發現,慣性系理論上來說有很多。如何區分各個慣性系呢?其實可以用速度來區分,比如我們先選一個慣性系並定義他處於靜止(通常我們會選地面做靜止的慣性系,其實地面不是嚴格意義上的慣性系),然後再算其他慣性系與這個靜止慣性系的相對速度是多少,理論上速度可以在0和光速之間任意取值,也就是慣性系有無限多個。當你在地面上,看到一個物理過程發生,然後你只需移動到任意一個慣性系裡面,你都會發現,這個物理過程有著不同的時間和空間。也就是劇情只有一個,但是站在不同的舞臺,卻看到了不一樣的故事,且每一個舞臺看到的故事都是真實的,沒有誰是標準故事,沒有誰最基礎的,大家都是平等的。當你了解到這種慣性系在狹義相對論中的平等性,你才算真正理解了狹義相對論。我是《小彭來給您解惑》,如果喜歡我的文章可以關注,如果對文章有異議可以評論留言,我會一個一個回復!

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  • 狹義相對論中的時間相對性,你能正確理解嗎?
    眾所周知,愛因斯坦憑藉出色的頭腦得出了:狹義相對論。但是理解這個理論卻非常的困難,因為這和我們固定的思維模式和直覺完全相反,使得這個理論最開始出來時受到大家的反對。但是經過無數次實驗的驗證,這樣一個反常規的物理規律居然是正確的,所以人們慢慢接受這個理論,但是你真的理解相對論中的時間相對性嗎?
  • 兩個小故事能否增加你對狹義相對論的簡單理解
    狹義相對論的兩個基本假設1.愛因斯坦相對性原理:在不同的參考系中,一切物理規律都是相同的。2.光速不變原理:真空中的光速在不同的參考系中都是相同的。》雜誌刊登了一篇《關於運動物體的電動力學》的論文,它宣告了狹義相對論假說的問世。
  • 通俗理解狹義相對論的兩個基本原理
    因為相對論,電磁場理論不僅能夠成立,而且還能描述高速運動現象。所以我們在討論場時,不能忽視狹義相對論的兩個基本原理。創立狹義相對論的背景人們從傳統的時間、空間和運動的觀念出發,看到電磁現象是不服從伽利略相對性原理的(牛頓力學的核心雖然是絕對時空觀,但牛頓依然承認伽利略的相對性原理,因為牛頓認為絕對時空觀說的是空間本身,並不指個體的運動)。
  • 如何理解狹義相對論
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  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(下)
    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。理解了愛因斯坦堅信不存在絕對運動,就很容易理解對於洛倫茲1895年的那篇論文,為什麼愛因斯坦一方面對洛倫茲在那些「技術上」的處理非常滿意,另一方面又對洛倫茲的靜止以假設非常排斥了。不存在絕對運動,也就是說只有兩個物體之間的相對運動才是實在的。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論
    所以,愛因斯坦提出了狹義相對論之後,洛倫茲一方面對愛因斯坦的工作大加讚賞,另一方面卻依然堅持自己的以太,這是很多人難以理解的。在狹義相對論之前堅持以太就算了,怎麼狹義相對論都出來了,你還堅持以太?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?
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    《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。
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    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。
  • 了解相對論和量子力學會怎樣影響人的思想?
    相對論和量子力學是現代物理學的兩大理論基礎,它們的建立是二十世紀科學界的重大事情。相對論和量子力學是反常識的,它們的建立極大地刷新了人類的認識,當人的認識被刷新後必定能夠影響人的思想和行動。了解相對論和量子力學的人在遇到一些事情時就能顯露出他們的思想。
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  • 愛因斯坦是如何發現狹義和廣義相對論的?
    相對論創立初期整個理論體系就非常完善了,但是壓根沒人相信他,為什麼?就是因為沒有實驗驗證,直到愛丁頓在1919年觀測到了和廣義相對論相符的日食現象,愛因斯坦和相對論才開始慢慢被大家接受,而愛因斯坦提出狹義相對論的那一年是1905年,足足過去了14年。
  • 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。後來,26歲的愛因斯坦提出了狹義相對論。有人說他高舉了奧卡姆剃刀原理才成功的,這個奧卡姆剃刀原理大意是:如無必須勿增實體。翻譯過來就是,咋簡單咋來。既然光速是不變的,那為啥還要假設「以太」?於是,愛因斯坦就以「光速不變原理」和「相對性原理」為基礎假設,推導出了狹義相對論。
  • 為什麼愛因斯坦狹義相對論中的光速不能被超越?
    牛頓力學的局限性在於它所描述的情況是低速的情況,在低速的情況下,是符合現實的,當速度很快的情況下,牛頓力學就無能為力了,這個時候就要藉助於狹義相對論了。狹義相對論中的速度疊加在牛頓力學中,速度的疊加公式是v=v1+v2在狹義相對論中,速度的疊加公式是v=(v1+v2)/(1+v1v2/c的平方)(c是光速)我們看這個公式,當v1和v2兩個速度超過光速,越來越大的時候,這個公式的分母也越來越大,這就導致這個公式無法超過光速,這個公式的最大值是多少
  • 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。
  • 「廣義相對論」和「狹義相對論」都說時間會變慢,有啥區別?
    我們來回顧狹義相對論裡面的「時間變慢」,說的是你相對於地面靜止,一列火車相對於地面運動速度是0.1c,c是光速。如果此時你去看火車裡的人會發現「時間變慢」了,但是火車人看自己發現時間未變化,針對這個看似矛盾的問題其實並不矛盾,如果你看了我之前寫的狹義相對論文章就應該知道,狹義相對論造成的「時間變慢」這個效應本身也是「相對的」,效應本身相對意味著換參考系,「效應」就會發生變化。
  • 狹義相對論最核心的精髓是什麼?
    我們都知道愛因斯坦創建了狹義相對論,這個相對論由於過於高深所以一般人都不懂,但是這個理論卻可以通過非常通俗易懂的語言表達出來,不需要繁瑣的公式推導,今天我們就來談談狹義相對論的核心和精髓。其實我在之前的文章已經講過這個理論。首先你要明白狹義相對論為什麼會被提出來?