第259章 朱凰学生的相对论之旅(1/3)
林晓担心朱凰听不懂相对论,因为这其中有太多反直觉,反常识的东西了。“一个物体在高速运动的时候,它的长度会变短,它的时间会变慢。”这些结论在前世人尽皆知,但是只知道这个结论没有意义,因为还必须真正理解原理。
所以他决定换个方式,从一个假设开始。
于是林晓说道:“我们来进行一个简单的思想实验,假设你被某种困在一个空间中,看不到外面,感受不到任何颠簸,但是你可以在空间内自由活动。
你无法与外界沟通,也获取不到任何外部信息。
那么问题来了:你如何判断自己所在的这个空间,是处于静止状态,还是在匀速运动中?”
他抛出这个问题,就是为了引出坐标系和相对性的核心概念。
在上述思想实验中,无论你如何验证,都不会知道自己是静止还是运动的。
比如你可以尝试着把球抛到空中。
如果是静止状态,球会落回到你的手里,不会掉到一旁。
可是你在这个空间里,因为没有速度的变化,依旧结果也是一样。
其实把这个空间扩大,我们所在的整个世界,又何尝不是这样一个空间?
地球绕太阳公转的速度,是每秒29.8公里,可是人类不会感到自己处在运动之中。
因此运动和静止都是相对的,要学会跳出参照系看待问题,如果不改变参照系,所有的结论都是根据常识得出的,但往往是错误的。
朱凰思考片刻,摇了摇头:“无法判断这个空间是静止还是相对的。”
林晓继续说道:“现在你应该已经明白了坐标系的重要性,那么我们继续下一个问题,你知道光的速度是多少吗?”
朱凰迟疑了一下说道:“真空光速约等于299,792,458米/秒。”
林晓点点头,这个世界也是测量过光速的。
“那么结合我们上面提到过的坐标系,请问光速是针对谁来说的?”林晓问道。
朱凰愣住了:“......”
她从未考虑过这个问题,似乎答案简单的就可以直接脱口而出,但又让她感到迟疑。
林晓笑着说道:“这个问题我晚一点再解答你。你先看看这组公式。”
他说着,随手拿起一张草纸,写下了一串优美而简洁的方程组??正是描述电磁现象核心规律的麦克斯韦方程组。
接着,他一步步推导,通过严密的数学计算,最终得出的电磁波在真空中的传播速度,赫然就是那个熟悉的数字:299,792,458米/秒。
“所以......光,本质上是一种电磁波?”朱凰立刻知道了林晓想要说什么。
“完全正确。”林晓肯定道:“现在我们回到刚才那个问题:光速是相对于谁的?
按照我们通常的经验,比如你扔出一颗石子,石子的速度是相对于你(抛出者)的。
那么很自然的,我们会认为光速也是相对于光源的,比如灯泡发出的光,速度应该是相对于灯泡本身,对吗?”
“难道......不对?”朱凰的眉头皱得更紧了,预感到了常识即将被颠覆。
“很遗憾,真实的宇宙规律,就是如此违背我们的日常直觉。”林晓语气带着一丝感慨:“闭上眼,我分享几段记忆给你。”
朱凰依言闭上双眼,林晓将通过记忆共享,将前世那些物理学家们设计的,精妙绝伦的判定光速是否依赖于光源的实验:
如双星观测、迈克尔逊-莫