《阴阳眼小师妹》第三十二章 关于相对论

    相对论分为广义相对论和狭义相对论。

    关于狭义相对论，在牛顿的世界里，时间和空间是绝对的，不变的和静止的，物理学中称之为绝对时空观。因为这种观点使得牛顿力学运用起来是那么的得心应手，以至于长久以来统治着人类的大脑，让牛顿的地位在科学界，特别是天文学界是那么的不可撼动。

    直到200多年后，一位在科学界可以与牛顿比肩而立的科学巨匠的横空出世，才打破了这种观念。可能大家都知道，我要说的这位科学怪人是谁。不错，他就是赫赫有名的阿尔伯特爱因斯坦!

    爱因斯坦的成功来源于他16岁时的一次大开脑洞的幻想。他对自己说，要是我能和光一样快速前进，与它并肩而行，我将会看见什么样的情景

    当时麦克斯韦已经给出了完美的电磁理论，认定光是一种电磁波，于是就产生一个矛盾。爱因斯坦认为，如果按照牛顿理论，我们总可能达到光速，与它一起前进，这是光在我们的眼里应该就是一列列静止的波动，爱因斯坦称之为冻结的波;在别人看来，以光速前进的人也一样和这列被追上的波一起前进。可是，根据麦克斯韦电磁理论，不管我们以多快的速度运动，光都将以同样的速度离开我们。

    在现实生活中，这是那难以想象的。就是说，在真空中，光是一个奇怪的东西的，无论你是站着不动，还是以很快的速度追赶他，还是以很快的速度离开它，它相对于你的速度都是30万公里每秒，毫无变化。这就是爱因斯坦所说的光速不变原理。

    爱因斯坦认为，要解决光速悖论，唯有承认光速不变原理，而且这是一种特殊的不变!而光速不变原理就是相对论的基础。

    为什么以前人们没有发现光这一特殊的性质原因就是牛顿绝对时空观束缚了人们的想象力，而爱因斯坦是挣脱这种束缚，最终破茧成蝶的第一人。

    在爱因斯坦的眼里，时间和空间是难么的不一样。可以说，每一个物体就代表着一整套不同的时空，因为时空是受运动速度的影响的，这就是狭义相对论的精髓所在，只是在低速运动状态下，各运动物体之间的这种时空区别不是那么明显，甚至在现代观测仪器中显示不出这种微妙的区别。

    科幻电影中的翘曲速度，超空间或其他技术，能让飞船超光速飞行，然后进行星际旅行。但不幸的是物理学表明科幻电影不能成为科学事实。因为我们可能永远也无法超过光速，关于为什么不能超过光速，这可能对于有些人来说是个新鲜事。

    爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越

    如果你熟悉爱因斯坦的相对论，对于静止不动的物体，你知道e=mc2，你就会理解这个方程或施加的限制。这里我们先说个前提，物理学家们讨论的关系是指光在真空中的传播速度，比如在外太空，这个速度简称为c，约为每秒30万千米每秒。

    爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越

    为什么不可能超越真空中的光速呢这源于爱因斯坦的质能方程，这个方程表明质量和能量是等价的，这意味着物质的质量越大则其蕴含的能量就越大。最重要的是这意味着物质所含能量越大，它的质量也越大。因为运动也是一种能量，就是我们所说的动能。所以物质在运动时的质量要略大于相对静止时的质量。

    爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越

    根据狭义相对论的质量公式，如果你以一百六十千米每小时的速度抛出的一个球，那它的质量会增加将近十万分之2微克。显然这个增加量很小，但通过方程我们可以看出，随着物体运动速度接近光速质量的增加将会变得巨大。如果一艘宇宙飞船以90%的光速飞行，那它此时的质量是相对静止时2倍，这意味着以前必须加倍输出，才能使飞船加速前进。但飞船的速度越高，其能量也越高，质量也就会变得越大，从而需要更多的能量使飞船加速，同时飞船内的一切也变得越来越重。你想想一只只有14克左右的手表，当速度达到9999%的光速时，我猜它会达到多重，大约是31吨。好吧，这时候你的手会被拉断，或者说你已经变成了一个大饼，通过方程给看出，如果一艘宇宙飞船到达光速，那么它的质量是无穷大的，并且将需要无限多的能量来使他前进，显然这是不可能的。这就是为什么任何有静止质量的东西都不可能达到光速。更不用说，超越光速。

    爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越

    那有办法来解决这个极限吗毕竟我们对太空的向往会驱使我们去探索。一些科学家认为诸如速子没有质量的粒子可以超越光速，光速是这些弟子的最慢速度。然而这些纯粹是假象的例子可能根本就不存在。如果你有办法直接跳跃长距离空间，到达一颗遥远的行星，那就有可能超越光速，毕竟速度是距离除以时间的值。也许在是空的结构中就存在一种可以穿越的虫洞，这样就可以实现超光速旅行。

    爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越