深度长文:通俗理解爱因斯坦的广义和狭义相对论,值得珍藏( 三 )


各位看明白没?这「光」真是集爱因斯坦万千宠爱于一身 , 连时间都要按照光的脚步走 。
再举个例子 , 假设太阳突然消失了 , 8分钟后 , 地球就会知道 , 那地球人有没有可能在太阳消失的一瞬间就知道?爱因斯坦说 , 完全不可能 , 太阳消失后 , 地球依然可以感受到阳光 , 感受到太阳的引力 , 无论用什么方法都无法在8分钟内得知太阳消失了 。
就算你在太阳上找个人给你打电话 , 无线电信号也得经过8分钟才能飞到地球 。那么问题来了 , 对于地球人而言 , 太阳到底是在8分钟前消失的 , 还是现在消失的?
好吧 , 我承认已经有点糊涂了 , 索性再把问题搅乱些 。车厢内的人怎么测量车厢长度呢?
这个很简单 , 拿个刻度尺直接量就行了 。但是对车厢外的人来说就比较麻烦了 , 因为车厢是在运动的 。但是你拿的刻度尺是静止的 。
你必须在同一时间记下车头和车尾的刻度尺读数 。如果按照爱因斯坦定义的那个同时 , 那么你量下来就会发现 , 运动的车厢比静止的车厢要短 , 这个结论会不会有点扯?
爱因斯坦说 , 在「光」面前 , 时间都能委屈 , 长度算什么!物体沿着运动方向的长度会收缩 , 这叫「长度收缩效应」 , 简称「尺缩效应」 , 得了 , 那质量多半也节操难保了 。
没错 , 因为时间和速度相关 , 速度和动能相关 , 动能和质量相关 , 这样推导下来 , 质量也就不是原来的质量了 。爱因斯坦说:质量会随着速度增加而增加 , 然后结合动量和动能公式 , 就得到了大名鼎鼎的质能方程:E=MC 的平方 。

深度长文:通俗理解爱因斯坦的广义和狭义相对论,值得珍藏

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虽然爱因斯坦把时间、长度、质量都搅得一塌糊涂 , 但本质上 , 无非就是运动参照系和静止参照系之间的公式转化而已 。数学好的同学开始得瑟了 , 时间膨胀、长度缩短、质量增加 , 都可以按照「洛伦兹变换」推导:
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去看看这些公式 , 你就明白为什么爱因斯坦不喜欢超光速了 , 按照上面的公式 , 一旦物体到达了光速 , 时间变得无穷慢、长度变得无穷小、质量变得无穷大 , 这种扯蛋程度终于连爱因斯坦自己都不能接受了 。
大家注意到没有 , 刚刚说的那些假设都是在匀速和静止的前提下讨论的 , 这种场景只适用于理想情况 , 应用场景比较狭隘 , 所以叫「狭义相对论」 。
实际情况 , 往往还需要在系统中加上引力或者加速度什么的 , 应用场景更加广泛 , 顾名思义 , 这就是「广义相对论」 。
广义相对论不仅内容奇葩 , 而且数学无比复杂 , 爱因斯坦不得不求助数学家格罗斯曼 , 共同完成论文《广义相对论纲要和引力论》 。这篇伟大的论文 , 除了数学系和物理系的同学 , 其他同学还是别看了 , 以免辣眼睛!
英国科学家爱丁顿是忠实的爱因斯坦粉丝 , 也是第一个向英语世界介绍广义相对论的人 。
有一天 , 有人问爱丁顿:「尊敬的教授 , 听说世界上只有三个人懂得相对论 , 是这样吗?」爱丁顿路加思索后回答:「您也许说得不错 , 不过 , 我在想第三个人是谁呢?」
这个小故事最终演变成了我们现在经常听到的一句流言:世界上只有三个人懂得相对论 。这个当然是过于夸张了 , 不过广义相对论确实比量子力学要麻烦 。
玻尔说量子力学第一次学不会 , 那反过来说 , 多学几次还是有希望的 。至于广义相对论 , 我们普通人还是趁早放奔治疗吧 , 只能生搬硬套 , 能囫囵吞枣就不错了 。
下面就是生搬硬套的广义相对论:
老司机狠踩油门 , 车子加速前进 , 注意是正在加速中 。一束光从车顶照到地板 , 光速是不变的 , 而车子速度越来越快 , 就好像水流往下流 , 车子在加速 , 那么水流应该是弯曲的 , 也就是说 , 光走过的路程应该是弯曲的 。


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