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狹義相對(duì)論是1905年發(fā)表的，到現(xiàn)在已經(jīng)過去了將近115年，但到現(xiàn)在仍然有很多朋友對(duì)狹義相對(duì)論中推導(dǎo)出來(lái)的各種有趣現(xiàn)象仍然將信將疑，比如標(biāo)題中的“鐘慢效應(yīng)”，還有尺縮效應(yīng)等等，不過種花家要說(shuō)的是，在愛因斯坦之前的洛倫茲就完成狹義相對(duì)論的很大一部分工作！ 洛倫茲的“狹義相對(duì)論”這事最早得從麥克斯韋統(tǒng)一電磁學(xué)說(shuō)起，他1860年推出了一組公式，其中第四個(gè)方程可以直接推導(dǎo)出電磁波的速度速度是一個(gè)常量，與光速相差無(wú)幾，他認(rèn)為光就是電磁波的一種！而不久之后則證明了這一點(diǎn)！在牛頓力學(xué)體系中，拋開參照物談速度都是流氓，那么問題來(lái)了，這光的速度是相對(duì)誰(shuí)的呢？ 以太說(shuō)是牛頓引用亞里士多德的以太論給經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)參考系站臺(tái)的，但以太這個(gè)看不見摸不著的東西數(shù)百年以外都讓科學(xué)家摸不著頭腦，但邁克爾遜和莫雷在1887設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)打算測(cè)出以太。這就是著名的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然結(jié)果大家都知道了，零結(jié)果！ 不過當(dāng)時(shí)仍然對(duì)以太不死心，而是有很多科學(xué)家都出來(lái)洗地，其中就有洛倫茲和喬治·菲茨杰拉德，而洛倫茲在1895年給出的公式更精確，完美的解釋了邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)中的零結(jié)果，這就是著名的洛侖茲變換，但洛侖茲始終沒有拋棄以太！ 愛因斯坦的“狹義相對(duì)論”善于打破規(guī)則的愛因斯坦并沒有死守著以太不放，而是認(rèn)為光速不變跟絕對(duì)參考系以太沒有關(guān)系，再加上狹義相對(duì)性原理，提出狹義相對(duì)論！曾經(jīng)在相對(duì)論門口的洛倫茲甚至都叩響了大門，但始終未能擺脫牛頓的影響。 狹義相對(duì)論的前提很簡(jiǎn)單，只有光速不變和下一相對(duì)性原理，但推導(dǎo)出來(lái)的結(jié)果很深刻，尤其是鐘慢效應(yīng)，盡管狹義相對(duì)論并不支持穿越過去，但它可以變相的穿越到未來(lái)，不過只是單向的！，這也是狹義相對(duì)論比廣義更吸引吃瓜群眾的地方。 從狹義相對(duì)論誕生以后，盡管推導(dǎo)都沒有問題，但驗(yàn)證確實(shí)是一個(gè)難題，比如驗(yàn)證其中一個(gè)結(jié)果，鐘慢效應(yīng)，其實(shí)這是從洛侖茲變換中推導(dǎo)出來(lái)的，不過這愛因斯坦并不想搶洛倫茲的功勞，因?yàn)槟莻€(gè)公式還是叫洛倫茲變換，而且愛因斯坦也認(rèn)為：即使他不推出狹義相對(duì)論，那么最晚只要再過5年，也會(huì)有人推出！而這個(gè)人我們認(rèn)為很可能就是洛倫茲！  μ子的運(yùn)行路徑用黃色線標(biāo)示 怎么來(lái)驗(yàn)證呢？科學(xué)家想到了μ子，因?yàn)樗陌胨テ谥挥?.2微秒，也就是說(shuō)每隔2.2微秒就會(huì)有一半μ子死掉了！1941年物理學(xué)家們?cè)谌A盛頓山上做了個(gè)實(shí)驗(yàn)，從山頂朝山下發(fā)射μ子，速度是0.994c，有興趣的朋友可以用鐘慢效應(yīng)計(jì)算下時(shí)間交換比(大約是9.14倍)，結(jié)果收集到的μ子數(shù)量遠(yuǎn)超預(yù)期，這表明高速運(yùn)動(dòng)中的μ子壽命大大增加！ 那么人呢？ 光速飛船中的人會(huì)怎么樣？這是一個(gè)非常有趣的問題，我們可以分解成三個(gè)小問題來(lái)一一解決。
這三個(gè)問題應(yīng)該代表了各種問題中的典型，我們今天就來(lái)做個(gè)小小的總結(jié)，我們首先來(lái)解決光速飛船中的人感覺自己的時(shí)間會(huì)怎么樣？ 很多朋友認(rèn)為光速飛船中的人時(shí)間會(huì)變慢，其實(shí)不然，這自身參考下下，時(shí)間是一樣的，比如你的手表走過了24小時(shí)，你就要吃三頓飯+睡一覺，少吃一餐就會(huì)覺得餓得慌，所以當(dāng)你的鐘表過了100年的時(shí)候估計(jì)應(yīng)該掛在墻上了！ 所以光速下你自身是沒有感覺的，該咋過還是咋過，一分鐘都不會(huì)多出來(lái)！ 第二個(gè)問題，飛船遠(yuǎn)離時(shí)從零開始逐漸加速到光速，從地球上來(lái)看飛船上的人動(dòng)作會(huì)越來(lái)越慢，最終在到達(dá)光速時(shí)出現(xiàn)了停滯，也就是說(shuō)到達(dá)光速那一刻，他的動(dòng)作就凝固了，你再也不會(huì)看到他下一個(gè)動(dòng)作！ 那么飛船上的人看地球人呢？很多朋友會(huì)認(rèn)為動(dòng)作會(huì)加快，因?yàn)榈厍蛏系娜丝达w船上的人慢慢了嘛，其實(shí)這是錯(cuò)誤的，由于光傳遞的關(guān)系，飛船上的人看地球人也是越來(lái)越慢，最終當(dāng)飛船到達(dá)光速時(shí)，地球人的動(dòng)作也凝固了！ 第三個(gè)問題，其實(shí)大家就應(yīng)該能推測(cè)出來(lái)了，當(dāng)飛船開始返回時(shí)，雙方的動(dòng)作都會(huì)越來(lái)越快，然后，飛船上的乘客會(huì)感覺瞬間到達(dá)了地球，而地球上的觀測(cè)者則會(huì)看到一個(gè)無(wú)法分解的快動(dòng)作。 但其實(shí)這些情況都不會(huì)發(fā)生，因?yàn)轱w船到不了光速，而且高速遠(yuǎn)離的紅移和高速接近的藍(lán)移根本讓我們無(wú)法觀測(cè)，但這個(gè)有趣的話題探討下，絕對(duì)加深了狹義相對(duì)論的鐘慢效應(yīng)！無(wú)論光速飛船無(wú)論飛出去多久，他們的手表永遠(yuǎn)都只經(jīng)過加速和減速的這些時(shí)間，而光速途中所需的時(shí)間是0，當(dāng)光速飛船回到地球，他們?nèi)匀荒贻p，而地球人卻不知道過了多少代了！ |
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