(3)
回想一下前面两节的内容,我们知道了什么,光速不变?和矢量,速度?请记住,我没有乱弹,而是有用的。让我们记住它们。现在让我们来看光速不变原理。
让我们想象,有一个”光钟“,它由两个完全相同,而且平行的镜子组成。有一束光,垂直于这两面镜子。
它来回地反射着,我们规定它来回一次叫一个周期。学过几何的人都知道,这样的光在镜子镜子的时候
是不会移动的,它始终从出发点出发,反射一次回到出发点,然后重复。
我们规定两个镜子相距1米,而且光的速度(真空中)是299 792 458米每秒。那么我们可以算出
一个周期是6.67纳秒。不要在意单位换算,只需要知道这是个非常短的时间就行了。
让我们把这一个光钟放到火车上,请现象,一个装在火车上的光钟(就是两面镜子)。
和一个月台。月台上站着一个人(观察者),光每在光种上来回一次,观察者就会感受到。
这一时间间隔是6.67纳秒。请忽略空气、摩擦力和观察者收到信号的时间。
假如这个火车以很快的速度(就是100米每秒吧!)从这个神奇的观察者旁白呼啸而过。
而光钟中无聊的反弹还在进行着。但是有趣的事情来了。请不要眨眼。
光离开出发点,向目的地冲去,但是此时的目的地在运动,而光线一定要打到目的地上
而且它也一定能打到目的地上(因为光和火车是相对静止的)。此时的目的地向前移动了一段距离,
也就是火车速度X3.33纳秒。这是个微不足道的差距。
这么说,光线从出发点到目的地,走得距离就长点了(不管他长多少)。
下图显示的是几个周期光的轨迹(显然,这个极其微小的差距被放大了很多倍)
原本,光线只要走过CE这段距离,可在运动的火车上,它走得是CF这段距离。
我们知道勾股定理,考虑到有些读者对数学不是很感冒,我把勾股定理写到下面。
平面上的直角三角形的两条直角边的长度的平方和等于斜边长的平方。
用公式表达就是:
如果直角三角形的两条直角边长分别为a,
,斜边长为
,
那么
。
在此图中,我们可以计算出CF的长度,它显然比CE要大。
既然如此,光岂不是要在同样的时间内走更长的距离?在爱因斯坦之前,人们会说,这是正常的,
是光提速了。于是爱因斯坦生气了,光速是不变的,光怎么会提速?
于是,惊天动地的事情发生了————
光并没有提速,是时间变慢了,是火车的时间变慢了!它导致光允许在更长的时间内走过更长的路程
而月台上那个神奇观察者却察觉不到,
没错,这就是我们的结论:
运动系统中的时间变慢了!
如果你有兴趣继续研究,那么这里有个公式:
T是运动系统中(火车)测得的时间,T0是静止参考系(月台上的人)测得的时间
v是运动的速度,c是真空中的光速。√ 就不用我解释了吧。
这个方程是通过第一节提到过的洛伦兹变换中得来的。
我们再看一遍
如果你对数学很反感,那就可以完全跳过所有的数学公式,记住我们的结论:
运动系统中的时间变慢了!
爱因斯坦告诉我们,时间不是绝对了,那么空间是绝对的吗?质量也是绝对的吗?
1905年,物理学的奇迹年,彻底改写的牛顿的经典力学。