第55章 一章教你搞懂狭义相对论（2 / 3）
但不幸的是，后来的结果证明了以太不存在，这就是第一朵乌云的本质。
同时也是这个时代，困扰无数物理学家的最大障碍，没有人能理解光速c不变。
其实，如果想要理解光速不变原理，需要从两个角度去考虑。
第一，光速与光源的速度无关。
假设一个人a在草地上快速奔跑（速度大），然后打开手电筒；接着又缓慢行走（速度小），再次打开手电筒。
这两个过程在另一个人b观察来看，手电筒的光速居然是一样的，都是c，这就很奇怪。
因为如果把手电筒换成木棍，这两种情况下把木棍投出去，则b观察到的木棍飞行速度肯定不一样。
根据牛顿的惯性定律和直觉，人在助跑后，木棍能投的更远（假设投掷的力一样）。
问题来了，为什么惯性对木棍起作用，对光就不起作用呢？
后世的我们知道，第一因为光没有静止质量，所以也就没有惯性；第二光是瞬间激发的，打开手电筒之前，光并不存在。
光在产生出来的一瞬间，就和光源没有关系了，不仅人a的速度不影响光速，就连地球的公转速度也不影响光速。
这一点现在应该可以很好理解了吧。
难的是第二点，光速与观察者的速度无关。
假设现在没有b这个观察者了，而是a拿着手电筒匀速奔跑，自己观察光速。
在打开手电筒的瞬间，a有三种选择，第一继续向前奔跑，第二静止不动，第三掉头往回跑。
结果在这三种情况下，a观察到的光速全是一样的，都等于c。
这又是非常反直觉的现象。
因为光既然有一个具体的速度，那么顺着光跑，应该会观察到光速变慢；逆着光跑，则会观察到光速变快。
可现实却不是这样，为什么牛顿力学的速度迭加不再起作用呢？
这就涉及到时空的本质以及时空转换了，也是狭义相对论最最最难理解的点。
当时的普通人和物理学家在这一点上的认知几乎是相同的。
那就是在牛顿体系下，时间和空间是绝对的。测量时间的长短和测量空间的大小是绝对的，只有速度是相对的。
但是狭义相对论却指出，时间和空间是相对的，速度才是绝对的。测量时间和空间需要参考系，测量速度却不需要，速度是一个常量（不仅仅指光速）。
后面的钟慢效应、尺缩效应、以及质能方程都是基于这种时空观下的理论推导。
只要完成了这一时空观念的转变，打破经典力学的绝对时空观念，就能理解狭义相对论了。
至于如何理解空间和时间的相对性，那就是另一个复杂的问题，这里不便展开。
现在再回到第二点，为何速度不能迭加，通俗地理解，以不同速度运动的物体各自有自己的时间和空间。
所以此刻a所处的时空和光所处的时空已经不是同一个时空了，牛顿定律自然就失效了。
注意！这种情况下，哪怕是把光换成木棍，其实也不能迭加。
之所以后世初高中学习时，可以直接迭加，是因为在低速情况下，算出来的误差很小。 ↑返回顶部↑
同时也是这个时代，困扰无数物理学家的最大障碍，没有人能理解光速c不变。
其实，如果想要理解光速不变原理，需要从两个角度去考虑。
第一，光速与光源的速度无关。
假设一个人a在草地上快速奔跑（速度大），然后打开手电筒；接着又缓慢行走（速度小），再次打开手电筒。
这两个过程在另一个人b观察来看，手电筒的光速居然是一样的，都是c，这就很奇怪。
因为如果把手电筒换成木棍，这两种情况下把木棍投出去，则b观察到的木棍飞行速度肯定不一样。
根据牛顿的惯性定律和直觉，人在助跑后，木棍能投的更远（假设投掷的力一样）。
问题来了，为什么惯性对木棍起作用，对光就不起作用呢？
后世的我们知道，第一因为光没有静止质量，所以也就没有惯性；第二光是瞬间激发的，打开手电筒之前，光并不存在。
光在产生出来的一瞬间，就和光源没有关系了，不仅人a的速度不影响光速，就连地球的公转速度也不影响光速。
这一点现在应该可以很好理解了吧。
难的是第二点，光速与观察者的速度无关。
假设现在没有b这个观察者了，而是a拿着手电筒匀速奔跑，自己观察光速。
在打开手电筒的瞬间，a有三种选择，第一继续向前奔跑，第二静止不动，第三掉头往回跑。
结果在这三种情况下，a观察到的光速全是一样的，都等于c。
这又是非常反直觉的现象。
因为光既然有一个具体的速度，那么顺着光跑，应该会观察到光速变慢；逆着光跑，则会观察到光速变快。
可现实却不是这样，为什么牛顿力学的速度迭加不再起作用呢？
这就涉及到时空的本质以及时空转换了，也是狭义相对论最最最难理解的点。
当时的普通人和物理学家在这一点上的认知几乎是相同的。
那就是在牛顿体系下，时间和空间是绝对的。测量时间的长短和测量空间的大小是绝对的，只有速度是相对的。
但是狭义相对论却指出，时间和空间是相对的，速度才是绝对的。测量时间和空间需要参考系，测量速度却不需要，速度是一个常量（不仅仅指光速）。
后面的钟慢效应、尺缩效应、以及质能方程都是基于这种时空观下的理论推导。
只要完成了这一时空观念的转变，打破经典力学的绝对时空观念，就能理解狭义相对论了。
至于如何理解空间和时间的相对性，那就是另一个复杂的问题，这里不便展开。
现在再回到第二点，为何速度不能迭加，通俗地理解，以不同速度运动的物体各自有自己的时间和空间。
所以此刻a所处的时空和光所处的时空已经不是同一个时空了，牛顿定律自然就失效了。
注意！这种情况下，哪怕是把光换成木棍，其实也不能迭加。
之所以后世初高中学习时，可以直接迭加，是因为在低速情况下，算出来的误差很小。 ↑返回顶部↑