速度越快,时间真的就越慢吗?看看狭义相对论怎么说

其实相对论分为狭义相对论与广义相对论,爱因斯坦在发表狭义相对论后的才完成广义相对论。我们常听到速度越快,时间越慢指的是狭义相对论,而我们常说的时空弯曲是广义相对论的结论。

说到爱因斯坦你肯定会想到相对论。而相对论具体是讲什么呢?其实相对论分为狭义相对论与广义相对论,爱因斯坦在发表狭义相对论后的才完成广义相对论。 我们常听到速度越快,时间越慢指的是狭义相对论,而我们常说的时空弯曲是广义相对论的结论。

1905年,也就是光绪31年,爱因斯坦就发表了狭义相对论。

在此之前,狭义相对论就已经呼之欲出了。狭义相对论有个最基本的假设那就是真空中的光速不变原理。假设你现在在真空中,你不管是顺着光线测量光速,还是逆着光线测量光速,其速度都是不变的。

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怎么样?违背常识吧。初中学习的速度不应该是叠加的吗。按照常识思维,逆着光线方向测光速得到的数值应该是观察者速度和观察者静止测量的光速数值之和。就和坐高铁时候,对面相对而来另一辆高铁,你会感觉他的速度很快,嗖一下就过去了。其实这是你把自己所在的高铁作为参照物,所以你感受到相对而行的高铁速度就提高了一倍!

但是到了19世纪后半叶,这种速度叠加的常识思维受到了挑战。有个老爷子叫麦克斯韦,没事一天就研究个电磁现象,最后鼓捣出来一个方程组。这个方程组就预言光是一种电磁波,并且真空中的光速是恒定的。这老爷子弄这么一出,自己也吓了一跳,这明显是要和牛顿干架的样子。因为在牛顿眼中,光速没有恒定的数值,这矛盾的事就这么拖着。

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于此同时,还有一波人拿着经费设计实验找“以太”这玩意,企图验证牛顿的预言,也就是一种绝对静止的参考系。最后到了1887年,有两个分别叫迈克尔逊和莫雷的小伙子废了老劲都没找到以太,却整出来了个大新闻,最后发现以太并不存在,并且验证了麦克斯韦预言的光速不变。

按道理来说,1887年就否定了以太,证明真空光速不变了,就应该建立狭义相对论了。

可谁知道,一大波科学家受到了牛顿的根深蒂固的影响,死活都不愿相信以太并不存在的事实。他们相信只要找到以太这种绝对静止参考系,那么真空中的光速不变就有说法了,因为光速不变只是相对于以太这种参考系成立的。这些科学家包括洛伦兹,赫兹,庞加莱。

最后到了1905年,爱因斯坦说:以太,你可以滚了。于是爱因斯坦很自信地假设:真空中光速是不变

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如果光速不变,那么设想这样一个场景,你站在地上,你对面有个透明房间,房子地板和天花板分别装上镜子,发射一束光线在镜子里上下震荡,这时候房间匀速运动起来了。那么你看到的光线就是个M运动轨迹。而房子内的人看到的光线还是上下垂直震荡。

那么你看到光线上下震荡一周是M形状,房子内看到的震荡一周就是房间高度的2倍。而光速是不变的,完成一周震荡的时间,在房子内的看来就是房子高度的2倍除以光速,而房子外的你看到光线震荡一周的时间就是M形路线长度除以光速。因为M形的光线长度大于二倍的房子高度。所以站在地面上的你看见匀速直线运动的房子内的时间就变慢了。

这就是狭义相对论中的时间膨胀。一个相对于观察者做匀速直线运动的物体,在观察者看来,它的时间就变慢了。

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