注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

海阔天空

——士兵乙的读书笔记

 
 
 

日志

 
 
关于我

参见本人的开篇词(2010-08-15)

网易考拉推荐

时间的形状-相对论史话  

2013-06-02 20:35:42|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |
时间的形状-相对论史话 - 士兵乙 - 海阔天空

 

 

许多年以前,我在学校里面学习大学物理的时候,正好学到了相对论。清晰地记得有个脑袋特别大的博士助教,在老师上完课辅导我们的时候告诉我们说:如果哪一天你突然以为自己明白了相对论,恍然大悟说“哦!相对论原来是这么回事”,那么你一定就是理解错了。我却颇不以为然。因为爱因斯坦都说“宇宙最不可理解的是宇宙是可以理解的”,凭什么爱师傅理解了而偏偏我们理解的“都是错的”?我们后人站在前人的肩上,理应比爱师傅理解得更深刻才对,他何出此言扑灭莘莘学子的求知渴望?心中就看轻了他,只因他的偏激狭隘。

爱因斯坦狭义相对论的推导过程比较简单,仅从两个基本的前提出发,便得出了许多令人匪夷所思的结论。这两个基本的假设是:

(1)在任何参考系中,真空中的光速都是常数C;

(2)在任何惯性系中,所有的物理规律不变。

当年看到第1条前提时,确实感觉很难理解,因为牛顿力学里面的速度叠加原理竟然不再有效,而只能算是洛伦兹变换在低速情况下的一种近似。比如在光速运行的飞船上向前发射了一束光,地面上的人看到这束光的速度竟不是两倍光速而仍然是一倍的光速,世界怎么会以这么一种怪异的方式运行?许多年以后,学习了大量材料之后,我似乎明白了其中的缘由,这一切均源于冷冰冰的纯理性的逻辑推理。在那个曾预言了电磁波存在的麦克斯韦方程组中,电磁波的速度C可以这样计算出来:

C^2=1/εμ

其中ε为真空介电常数,μ为真空磁导率。

如果光是一种电磁波,那么它的速度就只取决于真空介电常数和真空磁导率这么两个无方向的标量的数值计算,而与其它因素无关。也就是说,正是这冷冰冰的方程表明了光速的大小只取决于真空本身的性质,而与参考系的静止或运动毫无关系。正是那些空无一物的叫做“空间”的那种东西的基本特性,决定了光的速度,进而决定了我们这个宇宙的运行方式,想想有点恐怖。

从这两个前提可以推导出一系列惊人的结论,比如相对于惯性参考系,运动的物体会在运动方向上收缩(其实是空间收缩了),时间会变慢等等,实在令人难以置信。但是数学公式表明确是如此。如果不指定参考系,同时性也不再有意义,新的时空观彻底颠覆的人们对世界的认识。幸好我们是生存在低速世界的生物,否则的话我们的生活完全不是现在的样子了。

然而,我真的弄懂了相对论了吗?比如有一对孪生兄弟,哥哥坐飞船光速飞出地球,1年后再光速飞回来,在飞船里面的哥哥时间变慢,返回地球后似乎要比弟弟年轻。但是站在哥哥的角度,弟弟何尝不是光速飞走又光速飞回,弟弟应该比哥哥年轻才对。这个被称为双生子佯谬的故事如果真实发生,那么哥哥与弟弟应该谁更年轻?再比如有列高铁高速行驶,前方地面有个长度正好等于列车长度的裂缝,司机想把速度加快至接近光速,这样相对运动的地面上的裂缝就变短了,列车就不能掉进裂缝了。但是站在地面上的人心想:列车越快收缩的就越厉害,肯定会掉到裂缝里面。那么如果列车真的高速行驶,究竟会不会掉进裂缝?凡此种种,令人百思不得其解、抓耳挠腮之际,忽然想起当初大头博士的那番话,他说的似乎是对的,感觉像是他仍在讥笑“你就是没理解,嘿嘿”,恨死人了。

于是,我开始学习广义相对论。广义相对论里面用了黎曼几何等数学工具,我等若是不想自寻烦恼,只能定性而别去定量研究了。几经思索,豁然开朗,又重新开始鄙视起那个大头博士来,因为我觉得这回我真的搞懂了。我对他那句话的态度由负到正再到负,转折再转折,认识更加深刻了。这很像爱因斯坦的那个宇宙学常数。那个被他称为“一生中最大的错误”的宇宙学常数,在早已发现暗能量的今天,那个“宇宙学常数”又重现江湖了。随之而来的是,人类对宇宙的理解也更加深刻了。

爱因斯坦的相对论导致了哲学观的变化,他相信两点:(1)世界是客观存在的;(2)世界是定域的。前者告诉我们,当我们闭上眼睛不看月亮时,月亮依然悬在那里,不悲不喜;后者告诉我们,宇宙中的所有事件只能影响有限的时空。所以爱因斯坦才坚信事物的因果关系,有因才有果,而不是反过来。可惜爱因斯坦还是错了。1982年,以爱因斯坦、波多尔斯基和罗森塔尔三人名字首字母组成的EPR实验结果出来之后,宇宙再一次展示了它的怪异,玻尔的理论大获全胜。如果爱因斯坦还活着,或许他会说这才是他一生中最大的错误。

  评论这张
 
阅读(48)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017