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主题: 聊聊相对论的世界（二）
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作者 聊聊相对论的世界（二）   
昭昭若昏
[个人文集]






加入时间: 2005/03/30
文章: 5677

经验值: 2610
文章标题: 聊聊相对论的世界（二） (730 reads)      时间: 2005-6-04 周六, 上午11:41
作者：昭昭若昏 在 寒山小径 发贴, 来自 http://www.hjclub.org

聊聊相对论的世界（二）
作者王麻子
０６／０3／２００５美国


三，划时代的特殊相对论和一般相对论------原来就那么简单

当数不清的物理学家们埋头于那斩不断理还乱的以太圈里不可自拔之时，爱因斯坦独开捷径出奇兵，在和以太论毫无关系的领域里发挥了他杰出的傻劲不但解决了所有人们想解决的问题，而且还引导（误导？）了人类进入了原子能时代并发表了很多令人振奋的伟大预言。这就是他的相对论。
相对论主要的部分由两部分构成，即特殊相对论和一般相对论。前者发表于１９０５年，后者侧发表于１９１６年。其中以特殊相对论最为基本。诸位看官容麻子先在这里先侃侃特殊相对论。
我相信能来这个坛子的网路高手们至少都具有高中学历，再高的我就不敢讲啦。我想无论哪里的高中物理教师给大家灌输的基本力学原理中间肯定有这样两点最基本的定理概念，即所有的运动都是相对的和光速是不变的。回忆一下高中物理课的蒙胧内容，一定还有印象吧？那莫名其妙的两句话就是爱因斯坦的特殊相对论的内核。书念到这回儿一定会有人说，那些个定理太简单太普通太早就知道了，那两句话有什么不得了？值得让麻子故弄玄虚？问题就出在爱因斯坦的简单地象小学算术一样的微言大义上。事实上，越是科学的东西越简单，越是复杂的东西越不科学。好，下面我们就复习复习高中物理吧。
爱因斯坦在１９０５年发表的特殊相对论的论文中详细讨论了上述两个定理。第一个定理即物体的运动都是相对的主要是针对“以太论”而言，他解答了为什么发现不了“以太”这个东西。爱因斯坦在他的文章里列举了很多的例子和人类的经验，下面列举一二。
假如有一个汉奸站立在小桥流水人家的小桥上，将那一双汉奸眼向着流水望着那水中小桥和自己的倒影，那汉奸一定会感觉自己仿佛逆水而动产生眩晕感，在那一瞬间你一定会有庄子蝴蝶般的幻觉。待缓过神来，那汉奸才发现是水在流而非人在动。在有美妙的感觉的同时那汉奸肯定一片茫然，在这个世界上到底谁在动？进而细想一下，二个物体到底是处于静止状态呢还是运动状态呢实在是太难以区分或者根本不可能知道。
麻子本人曾有乘轮船渡海的经历，每当到了晚上，茫茫大海，天水一色，一轮残月高挂，那巨轮似乎停泊在海面上动也不动，我以为轮船出了什么故障，经打听方知那轮船正在高速向着目的地前进。可是我怎么就感觉不到呢？原来那速度的参照物只有天上的月亮，它那么远，那轮船就是跑得再快，人也感觉不到它在动。
想一想在高速公里上开车的经验，就更有意思了。当你开到时速７０英里时，从后面赶上了一辆比你更快的车开了时速８０英里，你根本不会感到那时速８０英里的车在你后面呼啸而过，而是眼睁睁看着那车慢慢地以没小时１０英里的速度超过你的车而去。但是对于地球来说，无论是每小时８０英里的车还是每小时７０英里的车都是呼啸而来呼啸而去的。所以我们人类对速度感觉因时间地点的不同而完全相异。
为此，爱因斯坦举了很多的想像中的例子。假定有人（甲）驾驶宇宙飞船以时速８０００公里垂直离开地球向着宇宙飞去，当距离之远甚至连地球也看不见的时候，另外一人（乙）的飞船用每小时９０００公里的速度超过了甲，甲一定会吃惊地感觉到“为什么我的飞船一点都不动呢？是不是飞船出故障了？”事实上，谁又能证明甲是在运行还是在静止？谁能证明甲是在以每小时８０００公里的速度向前飞呢还原地踏步？答案是没有任何方法可以证明甲在运动。但是，如果说甲在犯懒根本就没有任何运动，那显然不真实。至少对地球来说他们都在以不同速度运动。所以，没有参照物的运动是毫无意义的。
因此，那爱因斯坦专注的事实是，全部的物体运动都是相对的（故称相对论），绝对的运动根本就不存在。但是对于地球上的物体运动却不必如是说，为什么呢？因为物体的运动全是以地球为基准而进行的，你能跑８０公里每小时那是对地球而言的时速８０公里。倘若你一个起跳离开了地球远得都看不见了，那么所谓的速度意味着什么谁也不知道。
应该看到的是在这个宇宙中能够作为静止基点的天体根本就是不存在的。地球围绕着自己的轴心自转，还绕着太阳公转，而太阳又带领我们所有的行星以银河系的中心为轴每两亿年一个周期地驴推磨，进而我们的银河系有带领群星相对其他更远的银河系运动，总而言之，全体的天体都在相对地运动着，我们不能决定哪里是静止的哪里是在运动的。谁也不能说哪里是宇宙的中心。

上面说了那么多的废话，究竟和人们不能发现“以太”这种物质有什么关系呢？爱因斯坦是这样回答的。静止的物质“以太”是宇宙唯一的无运动的东西，因此它应该属于唯一的进行绝对运动的东西。但是，由于我们所发现的物体全是相对运动的东西，所以就不可能发现绝对运动的“以太”。就象牛顿所说的那样，我们人类无论在甲板下面的船中进行什么样的试验，也无法判断这只船是在航行呢还是在停泊。在爱因斯坦的第一片特殊相对论的论文里他并没有否定“以太”的存在而仅仅指出它不可能被发现，在第二篇一般相对论的论述中认为“以太”的概念应当抛弃，因为对“以太”的所有努力都是无用。

下面再谈谈爱因斯坦的第二个定理：光的速度是永远不变的。

这有什么难的了？光就是光，它的速度当然是不变的啦，爱因斯坦争着在说大实话。但是，你要是从相对论上来考虑爱因斯坦的这一定理，你一定会骂那老家伙是在胡说八道吃多了撑的。首先，我出一道非常简单的算术题让诸位汉奸练练脑子，也检验检验那些动则骂某某是弱智白痴的聪明人是真聪明呢还是仅仅嘴皮子的功夫硬。
假如一个年轻人站立在一辆速度为每小时８公里的车上以时速２４公里的速度迎面抛出一个球飞向立交桥的墙面，这只球对那立交桥墙面的冲击速度应该是多少？再，当车从立交桥下穿过之后，那年轻人转过身来又以每小时２４公里的速度向背后的立交桥抛出球来冲击墙面，当然车的时速依然是８公里，那么这只球对墙面的的冲击速度又是多少？
正确的答案是，对于地面（地球）来说，在前者的情况下，球对墙面的冲击速度是车速加上球速即２４＋８＝３２公里，在后者的情况下，球对墙面的冲击速度应该是球速减去车速即２４－８＝１６公里。这大概是连小学生都能明白的道理和常识。爱因斯坦之前的物理学家们也正是用这个最基本的常识来推算光速和寻找以太的。
但是，爱因斯坦就是爱因斯坦，他没有跟在常识的屁股后面走，而是反其道而行之，他认为假如从一个遥远的星球上射出来的光以每秒３０００００公里的速度象球那样投射到达地球的话，无论那星球的速度是多么快或者多么慢，是向着地球还是背向着地球运动，光速是不可改变的。换句话说，上面我们说过的那位青年在车上抛出的球和车的运行速度毫无关系，他扔出来的球的速度永远是２４公里！读到这里，看官是不是感到那爱因斯坦真是一为天才的傻瓜？
光速在任何状态下都保持它３０００００公里速度而不变，这就是相对论具有革命性的精辟论断，爱因斯坦相信这也是我们宇宙的基本定理法则之一。 光速的确定，犹如打开了真理的阀门，爱因斯坦上面两个基本定理就是那阀门的钥匙。


四，上述二个简单的定理并非画饼充饥或纸上谈兵。

看到这里，看官一定对相对论很失望吧？就那么两下子也值得人们整天把爱因斯坦挂在嘴上捧到天上供在牌位上吓唬我们老百姓吗？确实，如果单单把相对论发表在学术杂志上图个新鲜那是没有什么劲的。
关键是爱因斯坦以他的那两个新定理为出发点所进行的数学物理学的推导所得出的惊人预言般结论将我们的世界每一个人引向了新的生活方式和新的意境，而且，爱因斯坦的绝大部分预言都被验证确实不谬，从这种意义上说，他简直就是一名十足的算命先生和预言家。
下面让麻子用最俗不可耐的语言描述浏览一下他都给宇宙之光算定了什么样的命运，我知道那傻瓜爱因斯坦在地下一定要有相当的定力才能憋住不笑。简单地说爱因斯坦有八大预言让人们不能忘记。

预言一，相对运动的物体长度随着速度的快慢而变化
换句话说，当两个物体在相对运动之时他们的长短是不一样的。假如有两个（甲和乙）完全一样的宇宙飞船在静止状态下具有的长度是六米，他们同时在宇宙空间拉开一定的距离以每秒１５００００公里（光速的一半）的速度运动，由于二者处于相对运动的状态，他们又是完全静止的。通过劳伦斯公式的计算，在甲的眼里，乙的长度大约只有五米。假如二者以接近光速的每秒２６００００公里的速度作相对运动，那么在甲的眼里，乙只有三米的长度。当二者具以光速运动的时候，他们的长度将变成零。所有这些现象只有在物体接近光速的时候才会发生。假如有那么一个剑客出手时的速度和光一样得快，那么他的剑是伤不了人的，因为他的剑已经变成了一个极小的点。
在我们的日常生活里，由于我们人类的运动比起光速来说太过缓慢，所以人们感觉不到什么长度短缩的现象。举例来说，我们所乘坐的飞机一每小时１２００公里的速度飞行的话，飞机的长度大概缩短了二点五兆分之一厘米，换句话说大概只有一个原子核的直径大小。象这样的短缩现象目前尚无可能用测量工具进行测量。看官可能会问，我们人类不可能以接近光速的速度运动，爱因斯坦的这个定理有什么意义？在这里很难展开就不说了吧。


预言二，跑得越快越肥胖
接着上面提到的例子来说，假定甲乙两艘宇宙飞船在地球表面的重量为４５０公斤，当秒速提高到１５００００公里时，乙的质量就会增加到５２０公斤，当速度提升至２６００００公里，其质量就可以达到９００公斤。用抽象的话来说的话，物体在运动的时候它的质量是由速度来决定的。这对于肥胖的人来说真不是个好消息，本来嘛跑步是为了减肥用的活动，结果还越跑越重了，看官你说那爱因斯坦可气不可气？一般说来，假如一位１３５磅的汉奸以每小时２４公里的速度跑步的话（谁能跑那么快？），他的体重可以增加０。００００００００００００１盎司（一盎司＝２８克）。最容易让人理解和接受的是轮船在水中的航行，如果船行的越快它需要分开的水越多，为什么呢？因为被船所分开的水已经变为船的质量的一部分的缘故。在这里多说一句，所谓质量的增加，并不是说物体的长宽高等的尺寸的变得宽大，而是物体的质量（你可以理解为重量）增加。事实上物体的体积随着速度的加快而缩小，这才是爱因斯坦的本意。（待续二）


作者：昭昭若昏 在 寒山小径 发贴, 来自 http://www.hjclub.org
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