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为什么光速不变,时间和空间就要变化?

上回我们说到,大师忙着找以太,成果发现找了个寂寞,合法所有报酬此发愁的时辰,爱因斯坦站出来说,找不到那就是没有呗;

不如我们先斗胆的假设光传布不需要介质,假设光对任何参考系的速度都是恒定的,看看会发生什么事。

成果,当爱因斯坦把光速看成一个绝对值的时辰,却发现必需抛却以往的常识,绝对时候和绝对空间可能就要保不住了。

爱因斯坦首先发现,若是光速恒定不变,不雅察者非论处在如何的活动状况,看到的光速都是一样的,那么他们就会对两个地址所发闹事件的同时性,发生不合。

好比,一艘宇宙飞船正在以极高的速度,匀速直线飞翔,飞船里的人此刻做如下尝试,在飞船的头部安装一个光子探测器,在飞船从头至尾部划一高度上也安装一个光子探测器;

此刻在两个探测器的中点位置,放一个光子发射器,此刻飞船里的人操作这个发射器,朝相反的偏向各发射一个光子,在飞船中的人必定会看到两个探测器同时亮起,代表检测同时到光子。

飞船里的人会认为,船头和船从头至尾探测器亮起是同时发生的。这一点勿用质疑,因为伽利略的相对性道理告诉我们,静止状况和匀速直线活动状况是等价的,无法用任何尝试手段区分。

那么接下来发生的事,牛顿的理论就会和爱因斯坦的思惟发生不合,先说牛顿的理论,他就会做出这样的展望,牛顿认为空间和时候是绝对的,光速是转变的,那么对于飞船外的分歧活动状况的不雅测者来说,它也会看到船头和船从头至尾的探测器同时亮起。

假如,飞船是相对于地球在匀速直线飞翔,您此刻站在地球上相对于飞船静止,按照牛顿的理论,您也会看到两个探测器同时亮起。

为什么呢?牛顿会这样诠释:固然探测器在中点位置发射光子今后,船头在不竭的远离这个光子,而船从头至尾在不竭的接近这个光子,可是光速是转变的,朝标的目的船头飞翔的光子的速度会加上飞船进步的速度,而朝标的目的船从头至尾飞翔的光子速度会减去飞船进步的速度。

所以光子的速度和飞船的速度彼此抵消,您将看到和飞船内部的人,同样的情景,两个探测器同时亮起,且您们对两个事务在空间中发生的位置也会告竣一致。

可是爱因斯坦不这样认为,按照他假设出来的光速不变,那么飞船外的人将看到分歧的气象。

因为在爱因斯坦的眼里,光速不再知足伽利略的速度叠加,所以飞船外的人测量出来的两个光子的速度依然是C,和船内测量出来的光速一样,而这时船头却在远离光子,船从头至尾却在接近光子。

是以在飞船外的人看来,是船从头至尾的探测器先亮起,然后是船头的探测器再亮起。在飞船内的人认为同时发生的事务,在船外的人看来,并不是同时的。

这就是因为光速恒定,而导致的同时性也是相对的。因为飞船外的人,测量到的探测器亮起的时刻和飞船内的人分歧,当然也就导致了他们两小我对这两个事务发生的空间位置发生了不合。

好比飞船内的人认为,船从头至尾的探测器亮起的时辰,以地球为参考系,这个事务发生在地球以西200公里处,而地球上的人不这样认为,因为他看到船从头至尾探测器亮起的时刻要早,所以地球上的人会认为船从头至尾探测器亮起的位置,在地球以西边250公里的处所。当然上面的数字都是假设的,不必较真。

这就是为什么当光速绝对的时辰,时候和空间就不再是绝对的,飞船里的人对空间和时候的测量,固然和飞船外的人纷歧样,可是当他们把测量值转化当作光速的时辰,就会发现,他们得出的光速一样。

是以爱因斯坦一向认为他发现的理论叫“绝对论”,也就是没有绝对的时候和空间,只有绝对的光速,只是后人都叫它相对论,所以爱因斯坦也勉强接管了这个称号。

同时的相对性只是爱因斯坦和谐牛顿动力学和电动力学的第一步,光速恒定下,一个惯性系下测量出来的一个事务发生的时刻和空间位置,和别的一个惯性系分歧,抛却了绝对空间和绝对时候,这样电磁学就和牛顿力学没有了矛盾。

因为我们日常生活中能看到的活动,都是一些低速活动,和光速比起来沧海一粟,所以我们一般城市认为分歧惯性参考系下,两点事务发生的时刻和空间位置是一样的。

也就是说,在不考虑光速的环境下,获得的结论就是牛顿力学。好比,公交车上,坐在中心的人同时看到车头和车从头至尾的两对小情侣在打骂,可是按照爱因斯坦的说法,站在站台上的人会看到分歧的气象,他会先看到车从头至尾的情侣先打骂,然后再看到车头的情侣打骂。

这是因为公交车这个惯性系相对于我们活动造当作的,不外因为公交车的速度对光速来说极低,所以在日常生活中,展台上的人和公交车里的人会认为两个事务是同事发生的。

若是公交车在以90%的光速活动,那环境就分歧了。站台上的人和车内的人,会较着对两个事务的发生的时刻和空间位置,发生不合。

所以说,我们今后在描述两个事务是同时发生的,必需表白这是对某一参考系来说的,不然就毫无意义,因为跟活动一样,同时也是相对的。

那么既然分歧活动状况下的不雅察者,会对一个事务发生的时刻以及空间位置发生不合,那就申明他们所履历的时候过程,以及空间也不不异,是以爱因斯坦就揣度出,活动会导致时候流逝的速度和对一段空间测量的值发生转变。

这就是我们下节课的内容,光速不变道理导致的时候膨胀以及空间缩短。

我知道,您此刻可能发生了这样的猜疑,为什么光速变不变的问题,就会影响到时候和空间?

因为我们和外界任何事物之间发生彼此感化,根基上都是靠电磁力来完当作的,而电磁波就是传布电磁彼此感化的前言,此刻电磁波的速度不变,那么就意味着我们的活动状况的改变,在别的一个不雅察者眼里就会造当作您地点参考系的彼此感化的时刻发生改变,是以他们就会认为您地点惯性系中所有的物体履历的时候都发生了转变。

当然也包罗您身体里的电磁彼此感化,也就是化学反映,以及钟表的走时,您能想到的一切都跟电磁力有关,是以当光速不变的时辰,您的时候必定在转变,既然时候都变了,我们必定也会对空间的熟悉纷歧样。

好了,今天的内容就到这里。

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