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1 # 科學矩陣
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2 # 物理那點事兒
“物理學的大廈已基本完成,未來物理學家做些修修補補等我工作就可以了,不過,明朗的空間還有兩朵小小的、令人不安的烏雲”這是享有“開爾文勳爵”的威廉•湯姆孫在1900年英國皇家學會的新年慶祝會上發表等我致辭。這裡的“兩朵烏雲”分別指的是黑體輻射和光的速度的討論。
但令人意外的是,黑體輻射引發了科學界對量子理論的研究,以普朗克能量子假說為代表,引發了人們對量子領域的深究;而對光速的思考促進了愛因斯坦狹義相對論的產生。
伽利略相對性原理指出,在任意慣性系內,所有的力學規律都是相同的。這個問題看起來非常簡單,以至於沒有人去懷疑它的對錯。直到麥克斯韋電磁理論的問世,才使人們重新認識這個問題。
麥克斯韋電磁理論所得出的光速,在任意慣性系中是不變的。比如一個光源在靜止的火車上發出的光和在運動的火車上發出的光的速度是一樣的但從伽利略相對性理論出發,設火車的速度是v,光速是c,那麼隨火車運動的光源發出的光的速度應該是c+v,但實際總與理論作對,無論科學家怎樣觀測,得出的事實都驚人的一致:光速不變。其中最著名的實驗是邁克爾遜—莫雷實驗。
經典力學不能夠解釋麥克斯韋電磁理論,經典力學陷入困境。1905年,愛因斯坦在他發表的論文《論動體的電動力學》(即狹義相對論)中,解決了這一物理界難題。
狹義相對論的提出基於兩個假設,第一個假設肯定了伽利略相對性原理,即在任意慣性系中,力學規律不變。第二個假設是科學家一直以來想要推翻的問題,即光速不變。基於這兩個假設,經過邏輯推理所得出的結論,與事實都相符。
狹義相對論主要內容為以下幾方面:
一、同時的相對性
按照經典力學理論,時間、空間是絕對的,簡單的說明:物體的運動不會影響時間、空間。比如一個運動的火車,火車中間的一盞燈發出一束光,在火車中的看到這束光到車廂兩端的時間是一樣的,因為車廂本身就是一個慣性系。而站在地面上的人看到光到達車廂兩端的時間也是一樣的,因為地面上的人也身處一個慣性系中。
但根據愛因斯坦相對性原理,地面上的人看到光到達車廂兩端的時間是不一樣的,即“同時”的相對性。
二、長度相對性
假如你在一列運動的火車上,你在火車上用尺測一根棍子等我長度,同時地面上有個人也用尺測這跟棍子的長度,你會認為地面上的人測量長度比你測量的短,同樣,他也認為你測量的比較短。即一根沿自身長度運動的棍,它的長度總比這根棍靜止時的長度短,這就是著名的尺縮效應。
三、時間的相對性
時間的相對性我們稱之為鐘慢效應,即運動等我物體時間的流逝速度要比靜止物體時間流逝速度慢。舉個例子,你駕駛一艘宇宙飛船背離地球去執行任務,若干年後你回到了地球,假如你在飛船上經過時間是一年,那地球上可能經歷時間可能10年,20年(具體數值要看飛船執行速度),電影《星際穿越》中,就很好的解釋了這個原理,有興趣的朋友可以去看下。
四、質量的相對性
經典力學理論認為質量是不變的,質量是物體所含物質的量的多少,不受其它因素影響。而狹義相對論中指出,運動物體的質量相比於同一物體靜止時,質量要增大,根據狹義相對論公式(這裡打不出來,不好意思),當物體速度接近光速時,質量會達到無窮大
最後,我們來回答下題主的問題(別怪我前面廢話太多)相對論中質量方程中的速度指的是相對速度,即一個物體相對於另一個物體的速度。若兩個接近光速的物體並排飛,因為速度相同,它們相對於彼此是靜止的,即從它們的角度觀察,質量不會發生變化。
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3 # 木子13898153
慣性質量和引力質量是兩個不同的物理概念。萬有引力定律公式中的質量稱為引力質量,它表示物體產生引力場或變引力作用的本領,一般用天平稱得的物體質量就是物體的引力質量。牛頓第二定律公式中的質量稱為慣性質量,它是物體慣性的量度,用慣性秤可以確定物體的慣性質量。但是物體在接近光速的運動只能用相對論的知識來做解釋,牛頓第二定律在這個慣性系中的計算會產生巨大的誤差(可以稱之為錯誤)。以下用公式推導:
在相對論力學中,質能關係等都是由質速關係推匯出來的。相對論時空觀認為參考系變換等價於閔氏時空的旋轉,同一個物理過程,其作用量經過參考系變換是不變的。
考慮任意一個物理過程,其作用量為
S=∫Ldt=∫γLdτ
其中γ為洛倫茲因子,γ=1/(1-v2/c2)1/2。L為拉格朗日函式,τ為不隨參考系的變換而改變的固有時,所以γL也是不依賴於參考系選取的常量,令γL=α,則
L=α/γ
考慮一個不受任何外力作用的物體做慣性運動,低速條件下,相對論力學退化為牛頓力學形式,有
1/γ≈1-v2/2c2,故
L≈α-αv2/2c2
現在要求這個形式與牛頓力學形式一致。在牛頓力學中,物體不受任何外力時,
L=T-V=mv2/2-0=mv2/2
由於在L上加減任何一個常數,不影響最小作用量原理,因此兩相對比可以得到
α=-mc2
於是得到相對論條件下的拉格朗日函式
L=-mc2/γ=-mc2/(1-v2/c2)1/2
而物體的動量
p=∂L/∂v
最後可得
p=mv/(1-v2/c2)1/2=γmv
由此可見,在相對論中,物體的慣性質量不再是個常量m,而是隨著物體的速度而變化,即
m"=γm
這裡的m"是相對論質量,m是牛頓力學中的質量,即靜質量m0。將上式中的m"換成m,m換成m0,即可得
m=γm0
兩個並排亞光速運動的物體,他們所處的時空同樣會產生彎曲,他們所處的引力場是一致的。也就是即使他們相對靜止,但是事實是他們的相對質量都是巨大的。
再從你的例子延伸說明一下,如果這個亞光速飛行的物體有一部分脫離整體,並希望加速運動,希望可以更接近光速。這時候這個物體加速所需要的力也必然是巨大的,原因是它的質量是巨大的!
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4 # 山城茶客
在相對論中,速度、長度、時間、質量都是相對的。速度是相對觀察者而言的。
兩個接近光速的物體並排飛,那麼他們的相對速度不高,相對質量也不會有什麼變化
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5 # 風的樣子0711
速度當然是相對的。兩近光速物體並排運動,所謂近光速是相對於第三方參考系觀察者而言的,但如果是對比兩者的質量變化,則於第三方無關。僅從兩者並排運動來看二者相對靜止,二者相比較質量沒有變化。
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6 # 莫問天塵
一個物體以一定速度像你靠近,那麼該物體輻射的電磁波的頻率就會上升,速度越大,波頻率上升越大。以地球為例,以接近光速靠近土星,在土星上觀察,地球就是一顆恆星一樣發光發熱。同樣的,地球上的人類觀察到的土星也是像一顆恆星。但是,他們事實上都不是恆星。
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7 # 花牛泥香
是的,是相對大眾認知速度,精確的說是速率。物質光化是散射狀態,兩個同方向粒子光速並排是正常的,其質量問題,科學家還沒法測定,這是個未知。
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8 # 小杰80164096
相對即絕對。
相對是現象,絕對是本體。
現象即本體。
本體具體一切現象。
物體運動速度達到光速就化成了光。
光的質量是零。
速度越快,質量就越小。
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9 # 浪語726
相對論中,同一參照系內光速不變,也就是說兩並排飛的質量不變,相當論中,一大質量撞擊破壞力,與小質量撞擊破壞力一樣,那麼小質量就必須有足夠的速度。那麼動量等效質量效果而已,把高速運動物體等效的質量效果稱為相對論質量。
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10 # 荷村公
質量本身有速度嗎?
速度不是從運動或被運動中產生的嗎?
接近的近到底有多近?
如果有點不太少距離的近,質量應該特高,高到黑洞才存在的質量。
如果沒有多大的距離的近,那物質接近光,質量應該沒有的了。
總之:
沒有。除黑洞質量以外,沒有接近光速的物質,
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11 # 凡塵仙界
相對論中的速度是我們現實世界維度人為的一種速度,它也是一個相對的速度。
以光速行進的物質並不存在質量概念。
以光速執行的物質它俱有極強的穿透力,那麼我們為什麼能輕鬆阻擋光的行程?
愛因斯坦的質量方程式中的質量是相對的,光速是虛擬的。以光速前行的純物質到目前還未發現,謹以個人觀點能量是絕對的。
在未達到光速我們的質量的定義還是可行的!
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12 # 理性科普者
相對論中質量方程的速度是指相對速度,因為速度和其它的物理量一樣,都是相對的,描述一個物體的運動時,都必須取一個參照系。
相對論中的質量方程E=mc2,主要是描述基本粒子的質量、速度和能量的關係。對於宏觀物體是不適用的。對於基本粒子來說,達到光速時,能量和質量的轉化,也是有條件的。
有兩個接近光速的物體並排飛,取他們中的任一個物體作參照物,都是靜止的。質量是不會改變的。如果取其它物體作參照物,二個基本粒子的質量都會改變。
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13 # 自然風57778401306
兩個物體運動,透過參照系觀察思考它們之間存在著微妙的相對運動的關係,愛因斯坦的質能方程試解釋了這種物理現象。兩個並排接近光速運動的物體,它們的質量是一樣的,因缺少參照系證明兩者的運動狀態,彼此之間感覺到對方是相對靜止的,其實這兩個物體同時在接近光速運動,早已徑飛出了十萬八千里。
回覆列表
你說的是狹義相對論的質速關係式M=Mo/√(1-v^2/c^2)吧?
這個方程式中的v是相對速度;m是相對質量;mo是靜質量。
從這個方程式中,我們不必做任何計算就能看出,當速度v的數值發生改變後,隨之改變的是等式左側的相對質量M,而物體的靜質量mo永遠不變。
可見這個方程式的意義是:處於“同一慣性參考系”的兩個物體,其相對於對方的質量會由於速度的差異而發生變化。
如你所說的兩個並排飛的物體,只要處於同一慣性參考系下,那麼無論它們趨近於光速,還是小於音速,只要速度完全相等,且方向完全一致,那麼它們相對於對方而言就是靜止的,相對於對方的質量也就不變。
例如地球上的一組編隊航行的飛機,它們相對於地面而言都在高速運動,因此相對於地面而言,它們的質量也就因為速度而變大了;但它們相對於隊伍中的其他飛機而言是靜止的,所以相對於其他飛機而言,它們的質量沒有發生變化。
為什麼要強調“同一慣性參考系”呢?因為在不同的慣性參考系下,速度是沒有任何意義的:一個地球上的物體和一個太空中的物體在相對靜止的情況下,兩者的速度完全不同。這一點論證起來很複雜,但本質很好理解。
✎要讓一架直升機和地面上的房屋相對靜止,它只需要保持不動就行了,無論懸停在空中還是乾脆停在屋頂上都無所謂。因為在地球的慣性參考系下,房屋和直升機都是靜止的。此時它們的速度都是0。
✎可是要讓一顆衛星與地球上的房屋相對靜止,它就不能保持不動了。由於衛星與房屋不在同一慣性參考系下,所以它必須高速運動才能與地球自轉達成同步,它的速度遠遠大於0。此時,儘管兩者相對靜止的,可是速度卻是不同的。
而複雜之處在於,如果我們站在太空參考系下去看房屋,房屋也不是靜止的了,它也在隨著地球自轉而高速運動。如果這樣來看,兩者的速度都>0,此時它們似乎又處於同一慣性參考系下了。
這就是計算質速關係必須讓兩者處於同一慣性參考系的原因,如果慣性參考系不同,那麼質速關係是沒有任何意義的。
當然,要真正計算衛星和房屋的質速關係是一件非常複雜的事情,這已經不是狹義相對論能夠解決的問題了,需要廣義相對論才能解決。
因為狹義相對論只能解決勻速直線運動的問題,而實際上衛星和房屋都不是勻速直線運動,並且兩者還涉及到不同時空曲率以及不同時間流速等問題。
不過這就是另外一個話題了。