什么是相对论通俗解释

时间:2021-11-06 05:15编辑:admin来源:未知当前位置:勇气英语 > 庆父不死

理解相对论的途径:光速不变——狭义相对论——等效原理——广义相对论——时空弯曲。

什么是相对论通俗解释

我们看到的任何一件事情都是由于眼睛接收到光的刺激.打一个比方,如果我看到桌子上的一个苹果,那么可以说是苹果的光线射入我的眼睛,我的眼睛感知到光线.同时苹果的光线是无限向宇宙空间发散的,如果速度达到光速时,我们就可以与这个苹果向宇宙发送的光速平行,那么这个苹果的状态相对于我这个速度来说是静止的.

同理,如果速度快于光速,那么就可以赶上曾经发生事情的光线,从而看到曾经发生的事情.

这个过程只是光相对于另一个速度而言的,不是说时间在绝对的倒流或静止.

如果一个观测者在距离我们1光年的地方观测地球,那么他看到的东西就意味着是一年前发生的事情.因为光需要一年的时间才能到达那里.如果你的速度能赶上光速,你就能看到原来发生的事情.

一、光速不变。

假设一列火车以时速300公里往北跑,一辆汽车以时速150公里也往北跑,汽车里的人会发现,火车的速度是每小时150公里。结论就是:物体运动的速度不仅取决于他自身的速度,也取决于观察者的运动速度。

这个结论只适用于低速运动的物体(比如火车、比如地球的运动等),一旦速度加快到光速(每秒三十万公里)或者接近光速,这个日常经验就失效了,因为大量精确的实验验证了:光速是不变的。也就是说,光速是个固定值,是个常数,它不随着观察者的运动而改变。

再次举例:假设一束光以每秒30万公里往北运动,一艘宇宙飞船以每秒15万公里也往北运动,宇宙飞船里面的人会发现这束光多快呢?照我们的日常经验来看,这束光的速度应该是每秒钟15万公里。错!宇宙飞船里面的人会发现,这束光的速度仍然是每秒钟30万公里。

二、狭义相对论。

狭义相对论很短,只有几页。它要表达的意思更短,只有一句话:不管观察者如何运动,被观察的光速不变。从这句看似简单的话可以得出一些非常奇妙的结论,这些结论严重违背了我们的日常经验,但现在都被证明是正确的。

再次举例:假设一束光以每秒30万公里往北运动,一艘宇宙飞船以每秒15万公里也往北运动,在地球上静止不动的人看来,一秒钟后,宇宙飞船距离那束光15万公里。记住:是1秒钟后!

但是,宇宙飞船里面的人会感觉这段时间是多长呢?现在的已知条件是:宇宙飞船距离那束光15万公里,光速是每秒钟30万公里。则:15万公里除以时间=30万公里除以1秒钟,则:时间等于0.5秒。也就是说,地球上的人过去了一秒钟,以时速15万公里运动的人会感觉时间只过去了半秒钟。

结论:速度可以改变时间。你运动的越快,时间会过得越慢。当你以光速运动时,时间就会静止。

再次举例:博尔特以每秒10米参加百米赛跑,旁边为他加油的人过去1秒钟后,博尔特只感觉过去了三十万分之299990秒,也就是0.99996667秒。百米赛跑结束后,博尔特比我们年轻了0.0003333秒。

三、等效原理。

假设我们坐在一艘船里,当船匀速行驶的时候,我们不会感觉到船在动。同理,地球以每秒30公里绕太阳公转,并且以每秒500米自转,我们也感觉不到地球在动。

现在假设我们在一部电梯里头,当电梯均匀加速往上走的时候,我们也不会感觉到电梯在动,我们只会感觉到有一股力在把我们往下拉,就像地球的质量把我们固定在地表不让我们脱离地球那样。

爱因斯坦由此推断,速度和质量等效,它们在拉慢时间方面起的作用是一样的。(当然,这方面有个很经典的逻辑推理过程,我就不详述了)

结论:不仅速度可以改变时空,质量也可以改变时空。

四、广义相对论。

质量可以改变时空,把时空拉弯;而且质量越大,时空被拉弯得越厉害。就像速度越快,时间流逝得越慢那样。比如太阳就拉弯了时空,这很像我们在床上放了一个铅球,从而把海绵垫子压出一个坑那样。

爱因斯坦由此得出大胆的结论:引力并不是一种力,实际上它根本就不存在。我们平时看到的地球和行星绕太阳运动的现象,并不是太阳在吸引着它们转动,而是太阳拉弯了时空,地球和行星不得不沿着弯曲的时空转动。

五、弯曲的时空。

广义相对论有些结论照样超出了我们的日常经验,但后来被一一证实是正确的。

1、恒星的光线经过太阳时,因为太阳拉弯了时空,恒星的光线应该有一个折角,应该向内弯曲。这个效应很难观察到,因为我们只有望向太阳时,才会捕捉到那束恒星射过来的光。但太阳光那么强烈,一定会把那束光掩盖住。不过,发生日全食的时候,太阳光会被遮住,正好可以让我们验证。事实证明,爱因斯坦是正确的。

2、引力波。

两个大质量的天体(比如黑洞)互相碰撞的时候,分别被它们拉弯的时空也会碰撞,从而会形成时空涟漪,逐渐向四周扩散。这就像两粒石子投进平静的水面,形成了两个不断扩散的水波,它们碰撞后的涟漪也会向四周扩散那样。幸运的是,2017年我们的科学家捕捉到了这些时空涟漪。

3、导航卫星绕地球转动时,卫星上携带的时钟比地面上的时钟快。

人造卫星运动速度很快(线速度比地面物体大),时间应该会比地面慢7微秒;但是人造卫星所处的轨道受到的引力又比地面小,所以时间应该比地面快45微秒。两种效应同时存在,相互抵消,因此卫星比地面上的时钟快38微秒。

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