|
狹義相對論告訴我們，運動的物體時間會變慢,，長度會變短,，即時間膨脹和空間收縮。 也就是說天天做飛機的人會比我們年輕,？不,，飛機的速度相對于光速太慢了，不值一提,！ 愛因斯坦的狹義相對論,，統(tǒng)一了時間和空間,，后來也統(tǒng)一了質(zhì)量和能量,。 萬維鋼說，物理學的發(fā)展就像是高人看破紅塵一樣戲劇，19世紀之前人們認為對的理論在19世紀被推翻,，再到后來量子力學的誕生又一次顛覆物理學的大廈。 比如前面的牛頓經(jīng)典物理在高速運動的研究對象面前會被顛覆，而當引力出現(xiàn)時，狹義相對論將失敗,，取而代之的是一組叫廣義相對論的新定律，在黑洞內(nèi)部奇點的鄰近,，廣義相對論將失敗,，取而代之的是一組叫量子引力的新定律。 你看,，連定律都是有個度量,，更不用說我們工作和生活中的瑣事了,。 01 時間膨脹告訴我們可以“長壽” 科學上曾經(jīng)做了一個實驗,，一種叫做“μ子”的基本粒子,。μ子可以視為是電子的一個變種，它是一種非常短命粒子,。 因為一個μ子很容易就變成一個電子和兩個中微子,，物理學家管這個過程叫“衰變”。μ子在靜止坐標系下的半衰期只有2.2微秒 —— 1微秒是一百萬分之一秒,，而這句話的意思是說,，給你一堆μ子，它們每隔2.2微秒,，就會死掉一半,。 但是我們說了粒子不會變老，所以剩下的這一半μ子的半衰期,，還是2.2微秒 —— 也就是說再過2.2微秒,，它們還會再死一半,。就按照這個固定的速率衰變。 地球天空中的高速宇宙射線中就有μ子,，它們一邊沖向地面，一邊衰變 —— 你可以想象,，能成功活著到達地面的μ子,，應(yīng)該是很少的,。 1941年，物理學家拿μ子驗證了相對論 ,。他們首先在美國華盛頓山的山頂上用儀器測量了μ子流的密度，他們專門統(tǒng)計那些速度是 0.994c 的μ子,，看看在一定的面積內(nèi),，一小時能收集到多少個這個速度的μ子。 華盛頓山的高度大約是2公里,。這些μ子從山頂?shù)竭_山底大約需要走6.7微秒,。如果這些高速μ子的半衰期跟靜止μ子一樣,，那么這6.7微秒可是好幾個半衰期,，山底收集到的μ子數(shù)應(yīng)該是山頂?shù)?8.5 分之一,。 可是,，如果相對論是對的,，那么這些速度是 0.994c 的μ子的時間就應(yīng)該變慢,，它們的半衰期就應(yīng)該變長，那么你在山底就應(yīng)該收集到更多的μ子。這就相當于飛船上的一群宇航員，走了很遠的距離本來應(yīng)該幾乎全死了，結(jié)果卻沒有死多少,。 實驗結(jié)果,，山底收集到的μ子數(shù)是山頂?shù)?1.3 分之一,。這些μ子真的通過高速運動保持了青春 —— 這正是相對論預(yù)言的結(jié)果,，數(shù)值絲毫不差,。 1979年物理學家又做了一次實驗,，他們用歐洲核子中心的粒子加速器把μ子加速到了0.9994c，結(jié)果這些μ子的平均壽命就被延長了29.3倍！ 相對論不但正確,，而且非常精確。 所以,，如果你能把速度提高到無比地接近光速，那你的一天是地面上的人一年,、甚至一千年,，在理論上都是可能的,。你就等于是穿越到了未來,。 02 質(zhì)量 = 能量 在牛頓力學中,，所有定律都隱含著這樣一個基本前提，即物體的質(zhì)量是不變的,。而根據(jù)狹義相對論,，物體的質(zhì)量不是恒定不變的，質(zhì)量也是相對的,。 物體的運動速度越快,，質(zhì)量就越大,。當物體的速度趨近光速時,，它的質(zhì)量變成無限大。 所以超越光速是不可能的,，之所以光是光,，那是因為光子是沒有質(zhì)量的。 愛因斯坦進一步思考,，幾乎所有的物體都必須使用時鐘與量尺來測量,，既然時鐘和量尺都是變化的,，所以我們必須校正所有的物理量,。于是,，他導(dǎo)出了兩個重大的結(jié)論： 第一,，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)換為能量,。質(zhì)量=能量 第二，每個物體的慣性在物體接近光速時,，質(zhì)量會變到無窮大,，也就是速度越快，重量越重,。 這個結(jié)論,，又一舉顛覆了19世紀的兩大物理發(fā)現(xiàn),，那就是著名的E=MC2,，C代表光速，大約每秒30萬千米,。E是靜止物體所含的能量,；M是它的質(zhì)量,。屬于質(zhì)量M的能量等于這質(zhì)量乘以光的巨大速率的平方。那就是說,，對于每一單位質(zhì)量都有一個巨大數(shù)量的能量,。 這也就是當年原子彈發(fā)明的理論依據(jù),。 03 狹義相對論的危機 牛頓萬有引力的精髓是物體質(zhì)量的存在導(dǎo)致了引力，萬有引力是和質(zhì)量有關(guān)的,，質(zhì)量越大引力越大,，物質(zhì)的密度大了一些,，引力就會大。這在牛頓之后的兩百多年里被認為是宇宙間的絕對真理,。 引力存在于宇宙所有物質(zhì)和能量之間,，是人類最早認識的一種基本作用力。引力作用支配著宇宙的形成和演化,。在牛頓的經(jīng)典力學中,，萬有引力被認為是一種超距作用,，是瞬時傳播的,，速度遠遠大于光速。愛因斯坦發(fā)表狹義相對論以后,，多位科學家以引力傳播速度大于光速為由,，對狹義相對論提出質(zhì)疑,。愛因斯坦很清楚,，如果引力的速度是超光速的,，那么狹義相對論的基礎(chǔ)就不會存在。 接下來就誕生了廣義相對論,！下篇談。
總結(jié) 偉大的人,，其精神總會讓我們肅然起敬,，很多對于愛因斯坦的傳記都說,，愛因斯坦小時候成績不是很好。但實際不是這樣的,，天才總有天才的運氣,，愛因斯坦從小就對數(shù)學和物理感興趣,，所以他創(chuàng)造了很多神話。 我想,，如果愛因斯坦出生在牛頓那個年代,，說不定愛因斯坦創(chuàng)造的成果和牛頓相當，并不會出現(xiàn)相對論這樣具有顛覆性的神話,。 牛頓是站在笛卡爾肩膀上做研究,，而愛因斯坦是在牛頓+麥克斯韋的肩膀上做研究,。 我看到的是不斷優(yōu)化！ 參考文獻：
|
|
|
