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相对论的缘由

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online_member 发表于 2021-10-26 15:38:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
玉林和亚如在明白了光速不变原理之后,姜老师说:
“假定有一个火箭,以25万千米/秒的速度匀速飞行,火箭里面正中间有一盏灯,前面坐着一个男孩,后面坐着一个女孩,他俩与灯的距离相同。你们坐在中间那盏灯的位置,并向他俩宣布,当灯点亮时,谁看到灯光就立即举手,那么,在你们看来,谁先举手呢?”
“当然是同时举手了!”玉林回答得很坚决。
“光向任何方向传播的速度不变,距离又相等,他们两人应该同时看到灯光。可是还有火箭的速度……”亚如想得很周到,周密的思考将使结论更为踏实。“火箭?大家都在火箭里,又是匀速运动,谁也感觉不到火箭的运动,所以它在这个问题中没有什么影响。”玉林的思考也非常迅速。
“对,他俩同时看到灯光。”姜老师说的时候加重了同时二字,“注意,现在你们离开灯了,站到火箭外面去了。当你们在火箭以外的一个地方,去看火箭中发生的事情,在灯点亮时,他俩还是同时举手吗?”
“同时,”还是玉林抢先回答,“光速不变,两人位置不变,当然是同时看到、同时举手啦!”
“不,老师问的是站在火箭以外去看火箭内的情况。我想应该注意‘光速对任何人都是不变的’这条规律。火箭向前飞,就使坐在后面的女孩向灯刚发光时的位置靠近了,距离变小了,光传播到她眼里的时间也应该缩短,这样看来,我们将会看到后面的女孩先举手。”亚如慢慢地说了一番推论。
“亚如说得对,”玉林受到启发,也想通了,“坐在前面的男孩被火箭带着向前走,他远离了灯刚发光时的位置,距离变大。光传播到他眼中的时间也延长,所以他举手晚。”
“你俩的意见一致,都是说飞船里前后两人不同时看到灯光。”姜老师说时加重了“不同时”三字,“那么,他俩看见灯光到底是同时还是不同时呢?”
“应该同时,怎么又不同时了?”玉林抢着说,可是得不出结论来了。
“到底是怎么回事呢?”亚如也觉得好像自相矛盾。
姜老师说:“以前我们已经知道,对观察者来说,物体的空间位置其实是相对的。比如,你坐在行驶的汽车上,车内的观察者说你是静止的,位置不变,车外的观察者说你是运动的,位置随汽车而变。现在我们又看到,对观察者来说,时间也是相对的。火箭内的观察者说女孩男孩同时看到灯光,火箭外的观察者说女孩男孩不同时看到灯光。所以当你说‘甲乙两个事件是同时的’,它一定是在某个条件下才同时,而在另一条件下又不一定同时。无条件地说’同时’,是毫无意义的。”
“总之,对于观察者来说,空间、时间都具有相对性,这也是爱因斯坦的理论被定名为’相对论’的原因。”
听了姜老师的讲解,他俩才明白了其中的道理。
【知识小博士】
相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由爱因斯坦创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理、相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。
【眼界扩展】
狭义相对论是牛顿提出的,狭义相对论认为空间和时间并不相互独立,而是一个统一的四维时空整体,并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中,整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的,这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。
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