相对论究竟是什么(精)

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一个简单的信念 相对论对绝大多数人来 说是个神秘的理论。你肯定 已经听说过有关相对论的一 些有趣的和怪异的结论，比 如一个物体在高速运动的时 候，它的长度会变短，它的 时间会变慢。 我们假设有一个距离地 球40光年远的星球，光需要 走40年才能到达那里。那么 如果你以80％的光速前往那 个星球，你得飞行50年才能 到达目的地，对吧？在留在 地球的我们看来的确是这样 。如果你出发的时候是20岁 ，到达的时候应该是70岁吗 ？ 不是。根据相对论效应 ，高速运动的物体的时间会 变慢。寻常的50年对你来说 只有30年，你到达的时候， 只有50岁！而你要是能以 99.5％的光速飞行，你的时 间将会比我们慢10倍！ 这也就是说相对论效应 可以让人穿越到未来。这不 是科幻，这还仅仅是开胃菜 ……相对论，本质上是关于 时空的理论——时空跟我们 寻常想象的完全不同。正是 因为有了相对论，我们才知 道有黑洞这种东西，我们才 知道空间居然会膨胀，我们 才知道宇宙有个起源。 而相对论是一个出了名 的难懂的理论。据说爱因斯 坦刚刚发表狭义相对论的时 候，只有少数物理学家能理 解。等到相对论已经被物理 学家广泛接受、爱因斯坦暴 得大名时，公众又理解不了 。我记得欧洲当时还出了一 本叫做《一百个反对爱因斯 坦的作家》的书——而爱因 斯坦对此的回答是“如果相 对论真的错了，有一个人反 对就够了”。 那相对论真的这么难吗 ？要知道爱因斯坦发表狭义 相对论是在1905年，距离 今天已经100多年了，我们 没有理由不能理解一个清朝 末年就出来了的理论！ 所以我想在本书中给你 彻底讲明白相对论。相对论 的数学很简单，但我们重点 还是说它的思想。 相对论会对你的世界观 产生重大影响。作为一个现 代人，如果不理解爱因斯坦 相对论，就错过了这个世界 最精彩的东西。一旦理解了 相对论，你就不再是以前的 你，你就再也回不去了。但 是只知道一些奇妙的结论可 不算理解。 我有一个好消息。相对 论是简单的。这是一个干净 利落的漂亮理论。 但简单不等于容易。简 单的东西可以非常深刻。 1 一个信念 我们先来开启一个思想 实验。假设你在一艘豪华游 轮上旅行，这艘游轮在海上 开的速度很快，但是它非常 平稳，没有任何颠簸。游轮 上有个全封闭的大厅，里面 有游泳池有球场，你甚至还 可以在里面做物理实验。 那请问，在不和外界发 生任何联系的情况下，你能 判断出这艘游轮是在前进还 是静止不动吗？ 你可以在游轮上做各种 实验进行判断。比如在陆地 上把球抛到空中，在静止的 情况下，球会落回你的手中 ，可是在封闭游轮中也是这 样。你向游轮前进的方向射 门，同在游轮上的守门员只 会感到你射门的寻常速度， 而不需要考虑游轮的速度。 只要游轮的速度平稳不 发生变化，你就无法判断它 是运动的还是静止的。其实 我们生活的地球就相当于这 样一艘游轮。地球绕太阳公 转的速度约为每秒29.8公里 ，比飞机快得多，但因为地 球走的几乎是一条直线，我 们完全感觉不到它正在高速 前进。 这个道理，最早是“现代 物理学之父”伽利略想明白 的。这相当于你在速度是每 小时50公里的游轮上建立一 个坐标系研究物理学，我在 地面建立一个坐标系，我们 其实是对等的。你相对于游 轮是静止的，相对于我是运 动的。你向前射出一支箭， 假设箭相对于你的速度是每 小时360公里，那相对于我 就是：360km／h+50km／ h=410km／h。 不跳出自己的坐标系向 外看，你单凭做一个射箭、 抛小球之类的实验无法区分 运动和静止。匀速直线运动 和静止没有本质区别，速度 都是相对的。 P1-5

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