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  • 1 # 郭哥聊科學

    我手裡現在就拿著愛因斯坦的《相對論》一書。書中愛因斯坦用的是在列車上的乘客看到的相對於路基同時發生的事件,但是對於列車上的乘客不是同時的例子。

    每個晴朗的夜晚,我們都可以仰望星空,遙遠的星星就像一顆顆的寶石,鑲嵌在天穹之上。這是我們每個人都會有的感受。

    其實,這樣一幅星空的畫面就是相對性的同時性最直接的畫面。這一切都源自真空中光速不變。

    當我們看到滿天的星斗那一瞬間,對於我們來說,所有的星光都是同時進入我們的眼睛的。但由於不同的星星於我們的距離不一樣。同時到達我們眼中的星光,其實是不同時間裡面發出來的光,它們不是同時發出的。

    另一個比較容易的理解是,當我們按下快門時,距離相機不同距離的物體發出的光,會在快門關閉之前,在底片上曝光。由於光速不變,不同距離的物體發出的光其實不是同時發出的,而是越遠的物體,其經歷的時間越長。

    正因為真空中光速不變,以有限的速度傳播,所以,我們看到的一切其實都是歷史,我們看到的星空則即是空間也包含時間。

    結束語

    其實相對性的同時性其本質是由於光以有限速度傳播。由於我們用於同步鐘錶的最佳手段就是光(電磁波),正是由於這種基於光速傳遞資訊的方式,導致了相對性的同時性。

  • 2 # 日衝資訊 黃

    這個問題很有意思,我們來設想三個場景:

    在北京和上海異地生活的甲和乙兩個朋友,能做到千里共嬋娟嗎?甲坐飛機飛向上海,他看到了天空中的一輪明月,請問在上海浦東機場迎接甲的乙看到的是同一輪明月嗎?在同一參考系中如何測量時間

    生活中我們習慣於用鐘錶來測量時間。鐘錶的核心部件是一個以相同速度做往復運動的擺,這個擺如果走過了相同的距離那麼我們就認為經過了相同的時間。身處異地的甲和乙可以先在相同的地點對錶,然後各自回到北京和上海,如果兩個人的表指示了相同的時間就是同時了。在某一瞬間甲和乙同時仰望明月,這時問題來了,他們看到的月光是同時從月亮上發出來的嗎?甲乙還得靠測量距離才能知道,如果月亮剛好在北京和上海的正中間,距離甲乙的距離相同,那麼甲和乙看到的月光是在同一瞬間發出的是同一束光。但是如果不這麼湊巧,他們看到的月光就不是同一瞬間發出的,不是同一束光。在同一參考系中,我們透過勻速運動物體經過的距離來測量時間,“同時”意味著相同的距離。

    不同參考系如何測量時間

    甲坐上了飛機,他的表還在來回擺動,在甲看來這塊表和在地面上沒有什麼不同,這就是所謂的參照系平權-在地面上勻速運動的擺在飛機上照樣勻速擺動。可是在乙看來擺動卻不是勻速的了,擺的速度要跟飛機的速度疊加,擺的往復運動就變得忽快忽慢,擺的移動距離也變得不那麼容易計算出來了。怎麼才能測量出時間呢?一定得找到一個在甲和乙看來完全一樣的東西,它的運動不會受到飛機運動的影響,用它測量出相同的距離也就測出了相同的時間。愛因斯坦找到了光,無論在哪裡光速都是不變的(這件事我以後還得再說說)。這樣我們用光做一個擺就能測量時間了。這個“光擺”的樣子大概就是一上一下兩面鏡子,一束光來回被反射。

    在乙看來甲的“光擺”是這樣運動的:由於飛機在動,光從下面的鏡子射到上面的鏡子的時候上面的鏡子向前移動了,“光擺”走了更長的距離,這樣甲的時間要比自己的時間慢一些。這個解釋還挺複雜的,沒想明白也不要緊,只要知道不管用什麼樣的表,甲的表跟乙的表都不會是一樣的。由於時間體系不一樣了,甲和乙很難找到共同的“同時”,而且這麼做也沒有多少意義。因此,不管怎麼看甲和乙都不會“同時”看到同一束月光。

    光速不變是怎麼回事

    這個公理聽上去有些怪異,但細想想其實挺符合直覺的。一艘船在水中移動時會激起水波,水波的移動速度跟船的移動速度無關,所以您總能看到船的後面拖著兩條尾巴,很顯然這是由於船的移動速度比水波快造成的。再舉個例子,聲音在勻質的空氣中的傳播速度也是不變的。飛機超越聲速時,您站在地上先看見飛機飛過去然後才能聽見聲音,這說明音速並沒有跟飛機的速度疊加。而有意思的是,超音速飛機的駕駛員不會聽見飛機破開空氣時發出刺耳的聲音。在飛機上聽到的聲速是不變的。光有波的特性,光速不跟物體的移動速度疊加也很正常。當然了您必須要注意,這些例子並不能證明光速不變,只能說明光速不變是件挺平常的事。

    所謂同時的相對性,是指只能在相同的參考系中才能測量出同時,不同的參考系不能測量同時的。這就像是問1立方米和1000千克是一樣的嗎?我只能說,1立方米的水跟一噸水是一樣的,其它的東西就沒法說了。

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