我们以前学物理时接触过许多物理量,比如力、功率、位移、速度等等。其中有一个物理量非常特殊,那就是速度。为啥速度很特殊呢?因为速度是一个不可直接测量的物理量。什么叫不可以直接测量,就是你计算速度时都是先算位移,再算时间,最后用速度=位移/时间,计算出速度来。也就是说速度本身就是一个用另外两个物理量计算出来的一个物理量。
但是非常奇怪的就是,与速度相关的只有位移和时间,位移可以无限大,时间也可以无限大,那么计算出来的速度也应该可以无限大才对,为啥我们都说宇宙中所有物体速度都无法超过光速,速度为什么就偏偏有一个上限。
其实看过我前面文章的朋友应该都知道速度有上限的奥秘,核心就在于时间和空间的相对性,不过直接谈狭义相对论是非常抽象的,所以今天我将从另外一个全新的角度来解释速度上限的原因。
首先我们计算速度是先计算位移和时间,然后两者相除计算出速度的。所以任何时候我们谈速度时都要牢记它是由位移和时间计算出的。理解这点后我们就来谈谈速度上限的奥秘,还是举一个非常简单的例子。
此时地面上一列火车静止,车里有个人从火车尾部往火车头部跑,跑的速度是1m/s。请问这个1m/s的速度是如何计算出来的?其实就是把这个人跑的位移算出来,然后计算出跑的时间,两者相除对不对?所以我们可以理解速度1m/s为这个人花费1秒跑了1米远。
但是请注意,这里的1秒是用啥测量出来的,是不是必须得用一个秒表或者其它测量的时间仪器。同样位移1米是不是也得用某测量工具来测量才能得出来。所以当我们说这个人速度是1m/s,其实我们已经无形中用了两个工具:测量时间仪器和测量位移仪器。
分析到这里都很简单,但是我再问你,这个人跑的过程,我把测量时间和位移的仪器放到地面上去测,然后再拿到火车里面去测,请问两次测量计算出的时间和位移是否相同?也许你会问,当然是一样的啊,因为测量的都是同一个物理过程,不管你测量仪器放在哪里,最后测量数值肯定是一致才对,如果出现不一致那肯定就是仪器坏了。
如果你也是这样想,那么非常好,因为这非常符合我们的常识,但是我也要很遗憾的告诉你,刚刚的说法并不正确。因为同一个物理过程,测量仪器放的位置和最终你测量出来的结果是有很大关联的。刚刚的场景因为火车没有动,所以地面上测量跑步,和把仪器放火车里面测,结果肯定一致。但是一旦火车是以某速度在动,然后车里面的人也是跑步。此时地面上测量出来的结果和把仪器放车里测就会大大的不同。
也许分析到这里,你已经开始疑惑了,怎么可能会不同呢?明明是同一个物理过程,为啥地面上测量结果和车里测量结果会不一样?其实很简单,我们首先来谈位移,地面上测量时,由于火车本身就动,车里面的人也在跑,所以地面上测量出来的位移肯定会比车里测量要大一些,这个不难理解。问题在于时间的测量,面对同样一个跑步过程,地面上测量出来是1秒,火车里面测量出来也应该是1秒才对。同一个物理过程,怎么可能因为测量仪器换了个地方,测量出来的时间就会有差异了?
其实你之所以认为测量仪器放的位置和测量结果没关系,是因为你认为“时间”这个物理量不会变,相同的物理过程,我只要把测量仪器放到任意一个位置,测量出来结果是1秒。那么测量仪器放到其它地方去测量一遍,仍然会是1秒。换言之你认为时间1秒就是1秒,不会变。可惜我要告诉你时间到底是多少,取决于你测量仪器放在哪,你放在A可能是1秒,你放在B可能是10年,你放在C时间可能是无穷大。
怎么样,说到这里你是不是非常难以接受这种观点?没错,这就是狭义相对论的核心:时间的多少和测量仪器的位置有很大关系,时间不再是一个完全客观的物理量,他和我们人类测量时的方式有很大关系。如果你理解了这一点,那么你理解狭义相对论就容易很多。我是小彭来给您解惑,如果喜欢文章可关注。
声明:该文观点仅代表作者本人,权责归原作者所有,本站系信息发布平台,仅提供信息传播,如有侵权或违规内容请及时与我方联系,我们将及时进行处理。