简单科普相对论&双生子佯谬

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Rinotyl

2020-08-16T11:15:46+00:00

经典物理无法解释一个问题:假如我拿着手电筒,追赶它射出的光柱,那么我应该看到电磁波跟我是相对静止的。


但是麦克斯韦方程组告诉我们:光速的值为C(30万千米每秒)这是严格数学推导而来的。那为什么当我达到光速时,c就变成0了呢(相对静止)?[s:ac:惊]



爱因斯坦大胆假设:麦克斯韦没错,光速对于任何人或者任何东西来讲都是不变的,哪怕我的速度达到光速的99.99%,手电筒射出的光在我眼里也是c(30万千米每秒)而不是0。


注意:光速不变假设是狭义相对论的核心与基础,是整个相对论的基石,类似数学的1+1=2不证自明。所以不要问为什么光速不变,因为如果不承认这一点,那整个相对论就无从谈起。[s:a2:lucky]



光速不变导致一些违反我们直觉和常识的相对论效应。例如接近光速时,钟慢尺缩,质量变大。前者由洛伦兹变换得到,后者由动量守恒得到。


如果无法理解钟慢尺缩, 那就不必理解,因为他们只是光速不变导致的“症状”。它们本身就是从洛伦兹变换推导来的,纯粹数学计算出来的结论。强行用火车、汽车模型去解释实际上倒置因果了。[s:ac:闪光]



有科学家难以接受光速不变以及它导致的相对论效应,所以提出了双生子假说:双胞胎年龄相同,哥哥坐火箭以光速离开地球,1年后回到地球发现弟弟都快老死了,哥哥还年轻。(嗯嗯,到这里确实符合相对论效应,速度越快时间越慢)


但这是以地球上的弟弟视角来说的。假如我把哥哥的火箭看做静止,那么是地球以光速远离火箭,1年后跟着地球“远航”归来的弟弟发现关在火箭里的哥哥快老死了,弟弟还年轻。


明明是同一个事件,但以火箭和地球两种参考系分析却出现截然不同的结果,这怎么可能呢?难道是相对论错了?[s:ac:惊]


鸡贼的爱因斯坦给狭义相对论打了个补丁:光速不变只在惯性系下适用。什么叫惯性系?静止或匀速直线运动的参考系,换言之:没有加速度。


双生子假说的错误就在于它忽略了火箭的加速和减速过程。开始和结束时变速的过程可太要命了,火箭变速时不是惯性系,只能以地球作为参考系。所以真正的答案是前者:地球上的弟弟快老死了。

总结:狭义相对论迫使科学家放弃经典的绝对时空观,必须接受时间与空间是一体的、不可分割的。每个物体都有他自己独立的时空。例如我天天坐飞机,那我的时间就比地面慢几秒,等将来我不坐飞机回到地面时,也比别人晚几秒钟死。(但我体感时间不变,因为我有我自己的时空)

以后别人在网上说“人类就算有光速飞船也无法到几百光年外的星球殖民”时,你可以嘲讽他:飞船以99.99%光速飞到100光年外的星球,根据狭义相对论,殖民者的时间只过了17个月。[s:ac:闪光]