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如果你奔跑的速度接近光速,會發生什麼?
光在玻璃的速度約為多少c
你相信嗎?我們認為固定的時間和空間其實並不是一成不變的。
假如有一列火車在向前高速運動,火車裡有一個人測量火車的長度,他所測出來的結果是10,這叫固有長度。
相對於車廂裡的這個人來說,火車是
靜止不動
的狀態。
而在飛速運動的,是
火車外面
的事物,所以他測量出來的火車的長度就是固有長度。
但是,如果有一個人在地面上去測量火車長度的話,那麼相對於地面上這個人來說,要麼是火車處於高速向前運動中,要麼是自己處於高速向後運動中,他所測量出來的結果就可能是9。
相對論告訴我們,
“運動中的事物長度會縮短,運動速度越快,長度收縮會越大”
。
如果這列火車的速度接近光速,那麼相對於地面上測量的人來說,火車就可能縮短成一個點,這種現象就叫做
尺縮效應
,也叫
動尺收縮
。
同樣的例子,在時間上也是如此
。
假如一個杯子從高速行駛的火車車頂掉落到火車地板上,有一個人在火車上測量這個杯子落下來的時間,他得出的結果是10。
但是,如果地面上有一個人去測量這件事的話,他得出的結果就可能是9。
相對論告訴我們,
“運動中的事物時間流逝會變慢,運動速度越快,時間流逝就會越慢”
。
如果這列火車的速度接近光速,那麼時間就會趨於停滯,這種現象就叫做
鐘慢效應
,也叫
動鍾變慢
。
最後還有一個非常重要的問題,那就是
同時的相對性
。
假如這列火車上有兩個同時執行的時鐘,甲時鐘在車頭,乙時鐘在車尾,對於火車上的人來說,兩個時鐘的執行時間是一樣的。
但是,對於地面上的觀察者來說,兩個時鐘的執行時間就會發生偏差。
地面上的人會看到,車頭的
甲時鐘給出的時間會更小,也就是更慢
。
車尾的
乙時鐘給出的時間會更大,也就是時間更快
。
這是因為,地面上的人看到甲乙兩個時鐘是有先後順序,有時間差的,而車廂裡的人看到的則是兩個同時執行的時鐘,沒有時間差。
那麼這時候您可以想象一下,如果這列火車的速度接近光速,火車內外的時間,空間以及火車內外的人,會發生怎樣不可思議的狀況呢?
狹義相對論告訴我們,
對於不同參考系下的觀察者來說,時間和空間並不是一成不變的
。
就像是一對雙胞胎兄弟,哥哥乘坐飛船用了幾年時間去幾光年之外的星球旅遊之後回到地球,您認為這個時候是哥哥年輕還是弟弟更年輕?
地球還會是當初的地那個球嗎?
這就是
雙生子佯謬
。
這裡要注意了:
1:今天我們探討的尺縮效應、鐘慢效應以及同時的相對性,需要是在火車勻速直線運動為前提。
2:尺縮效應、鐘慢效應以及同時的相對性,並不代表你的時間和空間發生了變化,而是相對於不同參考系下的其他觀察者。
3:如果發生火車加速,減速或者掉頭等等情況,時間和空間同樣會發生改變,這就要提到引力加速度了。
關於
引力加速度
和
雙生子佯謬
,下一期,船長會繼續跟大家探討。
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