光速被神话了吗?并没有,之所以很多人觉得光速被神话了,是由于无法了解光速不变,以及这一特性所带来的“一起”的相对性、尺缩、钟慢的效应,这与咱们经历中的国际截然不同,彻底推翻了咱们在日常日子中所建立起来的肯定时空观的知道。下面我就来细心说说这个论题。
一、值得信赖的经典时空
任何一个学习过高中物理的人,都会感觉到牛顿力学是怎样看待时间、空间及运动的。在牛顿力学中,咱们是在时间和空间中描绘物体运动的。
空间被咱们看做是能够包容物质的容器,而时间则被认为是从曩昔到现在的延续性表达。并据此发明除了衡量空间的尺子和衡量空间的时钟。
在牛顿力学中,时间与空间各自独立,与运动或调查者无关。咱们把这种与调查者或参照坐标系无关的时间和空间称作肯定时空,与调查者或参照系有关的则称为是相对时空。
关于牛顿力学来说,时间和空间都是肯定的。同一把尺子停止时的长度与运动时的长度持平,停止的时钟和运动的时钟衡量的时间也是相同的。
这正是咱们日常经历中的国际,不仅是曩昔,即使是现在,咱们在日常日子中,依然用牛顿这样的思维去看问题,没再次出现任何问题。
二、光速不变与肯定时空相对立
跟着科学的开展,19世纪的科学家们把目光投向了光学现象和高速运动的时分,相同想把信心十足的肯定时空观使用其上,却遭受了波折。
英国物理学家麦克斯韦把电磁运动规则总结为4个方程,接着又退出了一个动摇方程。使用这些他预言了电磁波的存在,并能够取得电磁波与光具有相同的速度。
别的,对不同匀速直线运动的调查者(不同惯性系)来说,电磁波(包含光)在真空中的速度也相同。
看到这个定论,人们当然要感觉很吃惊,牛顿的肯定时空观得到的不同惯性系之间的速度改换公式失效了!
三、一起的相对性与经历的抵触
在咱们的日子中,关于不同调查者(参考系)来说,在别的一个调查者(参考系)看来是一起发作的两件事,在别的一个调查者(参考系)看来也是一起的。这种知道彻底契合咱们的日常日子经历。
可是假如脱离低速的环境,这个“一起”就不那么靠得住了。咱们举个比方来阐明所谓一起的相对性问题。
幻想一列以速度u匀速直线跋涉的列车中部翻开一个亮光灯,它向车头和车尾别离宣布一道亮光。假如你站在灯的方位调查亮光抵达车头车尾的状况。
由于你处在列车的中部,距离车头和车尾的距离持平,按光速不变原理可知两道亮光速度相同,你能够毫不犹豫地给出定论“两道亮光一起抵达车头和车尾”。
假如有一个人站在地面上观测,状况就会彻底不同。在亮光向车头和车尾传达的进程中,由于列车是向前移动的,在这个人看来,车尾向着光而来,缩短了亮光与车尾之间的距离;车头原理亮光二区,增加了亮光与车头的距离。
而光传达速度却不以调查者地点的参考系不同而不同,则光抵达车尾的时间短,这个事情先发作;光抵达车头的时间长,这个时间后发作。
两道亮光抵达车头和车尾的两个事情不是一起的,这便是一起性的相对性。
四、钟慢效应与经历不符
方才咱们说了“一起”性本来并不牢靠,那么时间的距离是不是也与参考系有关呢?仍是用方才那个列车以速度u匀速运动的列车。咱们在列车的地板上装置一个亮光灯A’,在它的正上方的天花板上装置一块平面镜M’,灯到镜的距离为d。
让亮光灯宣布一次亮光,亮光向上传达抵达镜面时即被反射,又回到亮光灯。在车厢内观测,这一进程所需求的时间为Δt'=2d/c,这便是亮光从A’宣布和它又回到A'这两个时间的时间距离。
假如咱们站在地面上调查,亮光灯宣布的亮光向镜面传达的一起,车厢也在跋涉,所以光大路平面镜时,它现已不在本来的方位,而是向前移动了一段距离。当光反射回亮光灯时,亮光灯也向前移动了一段距离。
这样光的跋涉的道路是下图中看到的斜线,而光速是不会变的(这正是一切的本源),那么地面上测得的两件事的时间距离是Δt=2l/c。这样两事情的距离被拉长了。
五、尺缩效应与经历不符
咱们还用前面的那辆列车举例,车上有一个横杆,它的放置方向与列车运动方向平行,地面上的人丈量得到的杆的长度就会小于火车上人丈量得到的长度。
在火车上的人看来,杆是停止的,他只需使用固定在火车上的坐标轴,测出两头坐标之差便是杆长l'。可是,地面上的人要丈量出杆持久没那么简略了。要使这种丈量有意义,有必要使用固定在地面上的坐标轴“一起”测出杆两头的方位坐标。
记住有必要“一起”,由于假如在某一时间测出杆一段的方位坐标,在另一刻再去测另一段的方位坐标,杆现已向前跋涉了一段距离,坐标之差也就不能代表杆长了。
用这样方法测出的运动的杆长l与l'比较,会发现l'>l,这便是运动的尺子缩短效应。
结束语
早年面的介绍咱们咱们能够看出,不论是光速不变、“一起”的相对性、仍是尺缩钟慢这些相对论效应都与咱们在日子中堆集的经历是不相契合的。但这些现象都是客观实在存在的现实,比方,自1950年代开端的粒子加速器的日常作业,便是继续进行的狭义相对论试验。
假如没有通过体系的学习和试验真的很难了解这些现象,是由于咱们日子在一个低速(远低于光速)的国际中,相对论的这些现象,只要在速度超越光速的10%以上,才有显着的效应。
正是咱们人类本身的视角(低速),限制了咱们的视界规模,使得咱们对新的客观现象难以了解,可是现实便是现实,所以咱们应该在试验的基础上,建立新的“经历”。