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091:狭义相对论入门

读喜马拉雅作者:gezhong日期:11月前点击:363
你没有看错,原样终于决定讲《相对论》了!只有文科学位的旭岽不敢乱碰这种高大上的选题,为了让内容更严谨,这次请来了强力外援——水兄(施韡)。相对论到底是一个什么理论?为什么说E=MC^2其实是个副产品?亚光速飞行是一种怎样的体验?光速为何无法突破?时间和空间是如何被“压缩”的?!欢迎收听第一期男男版《原样》——《岽施笑评》(大雾)

091:狭义相对论入门

原来是这贾楠是这羊,谁真是这样的样子啊。原来是这样的,欢迎来到原来是这样,各位好,我是徐东,大家好,我是水兄。

不知道有多少朋友听到大家好,我是水兄之后心里一惊,都习惯了吗?是旭东配一个萌妹子啊。来录节目一般来说,像水兄这样的身份登场,不是在极客秀,就是在特刊里边儿,应该是我隆重介绍某个嘉宾,但是大家好,我是水熊,就意味着水兄今天的身份是属于有点乱入啊。

算主播中国啊,先欢迎一下啊。水兄以嘉宾主播的身份加入到原来是这样当中谢谢,我也很荣幸啊,水兄其实已经算是应该说在原来是这样,包括吉克秀这个体系当中出现过几次了,对,本名叫施伟,对对对,实际是水兄。

实际是水上对对。

大家记住水兄就行了啊,水兄的这个身份呢,是天文方面的挺资深的科普人,那么水兄来,我们的话题其实会和天文有点关系。

但其实我们今天要讨论的并不是天文比天文更大的一个话题是物理。

哎,可以这样理解了,可以这样理解了,我本来我想说可能影响人类的更重要的一个话题,我们保持干货的比例啊。首先请水兄来,大家就知道了。

今天这个话题一定是比较难驾驭的,其实也是属于原来是这样,刚刚开播的时候我就想尝试去做的啊,但是后面会发现要是单单自己做的话,有些东西已经到了我自己都没法理解的程度了,只能够引入外援。 哎,水兄呢,自己好像最近对相对论还比较沉迷。

我一直比较喜欢相对论,也谈不上有多么沉迷,或者有多么研究。

啊,只是从科普的角度来讲,我觉得是需要去进一步的研究它怎样把这个相对论能够说得更加通俗一点。我觉得这个是我的一个努力的一个方向,太好了啊。

其实在我们的很多互动平台里边听众都会说,哎呀,你怎么又说咖啡啊,那么基础的东西我要听高深的知识啊。

好,今天就满足大家好,我们聊足够高冷的相对论相对论相对论分狭义和广义对它实际上是一个推广,也就是说,广义是在狭义的基础上的,一个普世性的一个跟更更大,管的更广,适用的范围更广。所以说,我们要理解相对论,其实得从狭义,然后再去理解广义。哎,对。

肯定。

想到相对论就会想到那个一等于mc平方啊是,但其实听了我们之后的你就会发现相对论其实并不是说他得出了这个一等于MC品对这个公式实际上是一个非常知名的一个副产品。

只是说它非常的美观,非常的简洁啊。没错,先预告一下,我们这次的相对论会有两个部分,第一部分就是今天会和大家来讨论狭义相对论。在下一期节目,我们会和大家讨论广义相对论。旭东家水兄,我们想了一个这种组合出现的一个叫法,哦,水兄的本名姓师,对啊,我是东,对吧东师哎呦哎,东施小平东施小平好,我们是评论的评啊,评论的评后评啊东施效评,我们讲相对论,这就是原来是这样的大家期待了很久的一个男男版的模式啊,但这个其实我自己心里会有点。

不太适应,因为以前我是冒充那个教授型鼠熟的那个角色的,今天就朋友吧,我也不做萌妹子了。

那我们就正式进入狭义相对论道探讨。

嗯,说狭义相对论得先聊一下相对论,它到底是什么吧。 嗯,相对论啊,顾名思义相对嘛,就是一种相对性啊。其实在狭义相对论里面非常强调的,或者说是爱因斯坦狭义相对论,一个根本的一个思想就是狭义相对性原理。当然说这个可能是比较抽象啊,比较高冷一点,对吧。但是呢?

其实讲到相对性或者叫相对运动,大家应该是不陌生的,大家应该在高中都已经结束过了,我向你跑来。

对你是站着的,我对是动的,对于你来说,你是一个静止的状态,对,我向你跑过去没错,那么对于我来说,其实我也可以理解为我是静止的,是你脚也没有动,直接向我移了过。对的。

这就是一个相对,这就是一个相对性的哎。相对运动,那么一个是我们观察到的空间位置上的一个相对的运动,还有一个就是我们讲速度上的一个相对性。

也就是说,如果说我不动啊。徐东朝我走过来,以5km/h的这样一个速度走过来,那么我看到它就是一个我们物理学上讲的就是一个相对速度。

如果说在这个时候,我又向旭东走过去。

那么我走得慢,1km没想事。

那么这个时候就会产生一个相对的速度,大家都知道是5km,对/h啊,这个大家都很熟悉了,这个其实在一个比较慢的速度的情况下,这个无论是跑,无论是走,或者说我们是坐飞机。

大家都比较好理解。对啊,或者说水兄在飞机上闲的没事儿,在那个机舱里跑来跑去,对飞机它有一个速度,你从机舱的尾端跑到驾驶舱的这个后边儿,你的这个速度再加上飞机的速度,嗯,可以加起来。这类似于当时的一个相对于地面的一个相对于地面对,嗯。

这个很好理解,但其实说到相对论,大家就会开始有点儿搞不明白。

我最早接触相对论的时候,我最不能理解的就是比如说假设有一个接近光速的宇宙飞船,那么这个时候这个飞船他开一个探照灯。

他前方有一个大灯,那这个大灯不是按照光速飞出去吗?

它的速度已经接近于光速了,那么这束光的速度岂不是一个接近于c的速度?再加上一个C,那也就是达到了一个接近于两倍光速的速度,这个是很多人都无法理解的。对,按照我们常规思维啊,如果你坐的那个飞船,它是接近光速啊,我们就是说它就达到光速。假如说对吧,然后设一竖光出去,那么显然这个光的运动速度应该是c一加上c应该是两倍的c对。

这是我们常规认识。然而,在爱因斯坦的相对论当中。

这个情况是不对的,c加CC加c等于Cd是或者说你任何一个小于c的速度加上c它始终是等于始终是等于,所以应该讲的是任何速度相加。当然,爱因斯坦是他首先认为所有的病动速度都是不会超过c的。嗯。

在爱因斯坦看起来就是c加c,它就等于c。嗯啊。如果你是比如说0.7个c+0.5个c加出来,是不是1.2个c呢?

不上来就不对啊。至于为什么我们得慢慢的开始慢慢的讲对,这次其实我为什么要和大家聊相对论。本来水兄的第一次东施效品本来是准备说一个那种,比如说通俗一点中国星空之类的。

但是在水兄的坚持下,我们上来就上了这样一个相对论。

是有原因的。其实我给旭东出了个主意啊,也是一个建议,因为今年2015年是一个比较特殊的年份,那是因为100年前那个年份比较特殊。

爱因斯坦提出了广义相对论,那么再往前推也就是1905年啊。110年前,他提出了狭义相对论,对今年是广义相对论100周年对及狭义相对论110周,对,对对,我觉得就是在这样一个时刻啊,而且正好是在等于是十二月份。这个时候他写了这个论文,对吧?

所以在这个时候,我觉得我们应该以某种方式致敬与致敬,爱对我们,让普通人提到相对论,不再觉得是一个很抽象的对很不可理解的事情啊,那就先回到110周年前吧。因为我们今天要讨论的是狭义的当时是一种什么样的历史条件,让爱因斯坦想到了狭义相对论这样的一种思想是这样的啊。

当时应该讲,物理学的发展已经是到到了一个什么样的高度呢,大家都知道一位非常了不起的人物牛顿。

他提出来的物理的三大定律,再加一个网友,盈利已经是成为一种神一般存在的这样一个什么都能预测,碰撞,跑步。

再到宇宙当中,各个天体的这种运动可以进行预测海王星的发现,比如说对吧,这是对他的一个最伟大的,最了不起的一种证明。

那么问题马上就出现了,就在天体的范畴当中,有一颗星是水兄的老家是吧,你老家,你能这么说?

就发现一个问题了,嗯,实际上那个出现了一个什么呢?

水星啊,它在绕太阳运行的时候呢,它的轨道是发生变化啊,这个变化就是不稳定,我们把它叫做进洞现象,近日点的一个进洞现象。

说白了就是什么呢?就是这个轨道它在运动的时候呢,这个轨道不断的会往前推移,往前推移。

就这样子一个事情,那么牛顿按照他的理论,可以对这件事情进行一个很好的描述,但是没办法完全描述这种运动,还存在着一定的误差,就解释不了这个记录。对没办法解释这样子一来的话,那么使得牛顿的万有引力就不是完美无暇的,稍微有一点点瑕疵,这是一个问题。

当然还有包括什么海王星运动也也有一些不太一样啊等等等等啊。

其实最最关键的是电磁学的发展又叫电动力学嘛,那个时候的发展应该讲也是诞生了一位非常了不起的人物。

所有的理科生你要问他,你最喜欢哪个公式,十个里面有九个。

嗯,可能会说那个公式有可能当然了,今天尽可能不谈那个太多的说公式啊,你要扣分啊。但是呢,大家可以知道这样子一个历史的一个状况,或者说这个理论。我们讲麦克斯韦,他提出来的电磁学的方程组一共有四个方程,那么这个方程组非常的了不起。因为什么呢?他预言了光的这个性质,它预言了光也是一种电磁波。

也包括那个电厂和磁场的电话等等,都在他的这套东西当中。那么于是呢,产生了一个什么问题呢?

在这个麦克斯韦的方程速当中。

光的速度是个恒定不变的量,就是我们所说的光速。对,刚才牛顿那一套东西前面也讲过了啊,我们以前所学的也就是这样,也就是说,你坐在一个光速飞行的飞船上。

如果你往前走,那么你的速度就突破了光速。或者说,我们在飞船上再打出一束光,就是c加c两倍啊。两倍光速我们刚才已经解释过了,那么这种事情在麦克斯韦的方程当中是不允许发生的。 好了,问题又来了,两个人呢?我到底听谁的?

嗯,但是当时的实验,不管是牛顿的那种远在天边的那种预测神预测,还是麦克斯韦的那些实验,我们发现两个人都对,似乎好像在那个时候,物理学被分成了两块,对有点水火不容的意思,要么他要么他。

但是这两块东西我们称之为都很硬。

谁都伤不起一个是长得那么完美的方程组,对有种完美器杀身一样。哈,那一套理论就是所以说有人提出来是不是存在着一个特定的一个参照系,或者说特定的一个环境。

在这样的一个参照系当中呢,使得麦克斯韦的那套东西和牛的那套东西是可以兼容的。那么在历史上呢,就是提出来的一个叫做意义。

以太细以太这个东西,大家可能比较陌生,说一下以太是个什么东西吧。好,我们得先说一下牛顿。

他描述的这个世界是一个什么样子,牛顿。他认为的,这个世界应该是一个首先,时间上他是永恒的空间上,它是静止且稳定。

均匀的在这个空间当中密布着那种看不见,摸不着也没有质量的对叫以太的东西,就是现在,我们称之为这个媒介吧。媒制对吧?

光其实就是在这个语态当中穿行。对,所以说呢,科学家呢,就是有这样子,一个思路啊,就什么思路呢?要找到一个叫做以太参照系的这个东西。

那么能够找到它,那么也就是麦克斯韦的方程组,它就是可以在这个惯性系当中可以成立符合牛顿所描述的那套东西,这样的话,两者就统一起来了。因此全世界的科学家就开始来找一台戏。嗯,问题是到底找到了没有呢?他们想了一个其实我感觉还挺机智的方法,我们就假定以太是对于我们人去感受空气一样。 对,那是在一个静止的,不透风的房间里的空气。

想象一个这样子的一个模型,在这个房间里打一束光,这个光其实是在这个以太中穿行的话。

那么,这个空气是稳定的话,那么光它应该保持着它自己正常的速度。

但是如果说房间的另一头有一个电风扇在那儿吹对,因为以太本身被搅动了,那么光的这个速度会被电风扇它产生的这个风力有一定程度的影响。

对大家可以想象一下就是,如果你站在风里面,如果你往风的方向去跑的话,你肯定会感受到这个风给你带来的足够努力。

对不对?大家可以想象一下,这个速度肯定会减慢,顺着风这个速度会增加,那么是不是这个性质对光也是适用的,也就是光在仪态当中也会有这个速度的变化,因为当时几乎所有的人都认为以太他是确实存在的。

于是呢就开始来找以太了,那其中有两位,这个迈克尔孙和莫雷啊,两个都是以m开头的做了一个实验啊,所以我们把它叫做什么呢?美眉实验,美眉,演练实验,或者叫巧克力豆实验都可以对具体的这个实验我就不讲了啊。主要就是说那个通过光的干涉来寻找以太存在的证据,可以简单的讲一讲,就这个实验它的这个。

思维的方式是什么,我们前面说了,在这个空间当中感觉以太是尽职稳定的,但其实大家应该都知道地球绕太阳公转啊,对,你就把地球想象成一艘船,然后以太呢,就是我们这条河流,那么当这个地球如果说是哎,正好是顺着这个河不留的方向,那么它这个光速应该讲就会在以太的速度上啊,就会叠加一下,对不对?

那么反过来,如果地球转到另外一头,那么正好就是逆着水流的这个方向,那么光的速度应该就会相对。原来我们讲的这个c略小易,可能说这个误差非常非常的小对,但是当时他们发明了一个非常精巧的实验,对可以去检测到如此如此细小的一个误差。 安理说是能解哎,他们认为可以,但实际上呢,发现什么呢?他们测到的这个差别非常非常小,小到什么程度呢?小到他们的实验的理论误差比理论误差还小得多。其实这个实验是设计的,非常精明啊,也成为一个物理学当中一个经典的实验,既然是经典的实验,得出了一个不太这个乐观的这样一个结果。

仪式乎呢就哎,觉得哎呀,这个好像出现了一个大问题,想象当中应该有以太,但是问题是我们找不到他。

所以说呢,就是历史上非常著名的啊。卡尔文勋爵提出来,这个物理学存在两片乌云,其中之一就是这个amm实验所带来的这样一个结果。

打了一个大大的问号,就是这两个体系还是没有统一到一起。对于当时的物理学家来说,这个实验的感觉就是发现啊,地球原来不是圆的地球原来是方的,和他们的这个世界观又一次发生了,有有有,有一点就是会会产生一个很大的冲击式。突然发现没没办法没办法了。

于是这个时候实事赵英雄啊,是终于终于该登场了啊,我们的爱因斯坦?

这个时候,他出现了这个时候的爱因斯坦,他是一个什么样子的一种状况呢?这里呢有一个爱因斯坦当时的一个状态啊,是网上找的,我觉得总结的非常的好玩儿姓名,阿尔伯特,爱因斯坦,性别男年龄是26已婚,他的职业是专利局的三级技术员,供职的U是瑞士博尔尼专利局,他的学历其实并不算很高。现在点光,看来他是苏黎世联邦工业大学物理学专业本科毕业对那么爱好呢,有两个,一个是拉小提琴。

一个是思维实验还不成又要这个思维实验是它后面加上去的吧。

说不定在那个时候,他就很喜欢干这个事。爱因斯坦他小时候自己独立去推导勾股定律,这倒是有兴趣,爱好很多啊。那么他当时其实没什么成。

嗯,就是一个小小的公务员。其实当时看来,绝对不可能在物理学上有特殊成就。说一句题外话啊,这个他这个专利局的这份工作,实际上也是托他的朋友想了一点点,办法是托关系,哎,就说白了就是托关系,因为他大学毕业之后,其实挺为这个工作范畴的。 哎,那么正好有这样一个机会,找到了一份他非常满意的就是说什么呢。

不太忙碌的,就我们现在讲起来就是一张报纸,一杯茶啊,做一天的,然后朝九晚五可以再坐在那边啊,一份一份东西玩他的可想实验,算他的自己喜欢的小东西。对,那么也有人说,正是因为这方面的工作啊,使他可以接触到一些人家的论文呀,是专专利的一些东西啊。当然,我觉得这个可能很难去去考证他啊。但是有一点可以证明,就是他在那个时候。

就是有这样一个时间,可以保证它去思考一些比较高大上的问题。好,这个爱因斯坦的背景介绍就到这儿。

他通过一个怎样的精妙的一个思想,对提出了一个刚才也提到他的那个特长啊思想。

他提出了一个非常有意思的一个思想事业啊,请大家一起来跟我们动脑。这个啊。

想象一下,在火车站你看到了一辆火车,这辆火车呢正好是在以云速向前。那么在这个铁道上面分别有两个点,这两个点的位置啊,就是两个点的距离呢,和火车当中这个车厢的长度它是一样的,这个时候我们也要娶一个a啊,一个人啊a。

他站在火车站来观察这样一列火车,这个就是我了,Ok到好的战场好徐东。

那么,这个是我呢?站在火车的正中间,两个人物两个位置,请大家要搞清楚,火车是在匀速向前的,我们就假定就是从左向右吧,我们有一个画面感,好吧啊,从左向右。

正在此时咔嚓打了个雷,而且这个雷呢是两道闪电同时下来,同时击中了火车车厢的前端和后端。此时火车也恰巧经过了铁道上面的两个点。嗯,刚才讲了这两个点和火车的车厢长度也是一样的,因为这两个长度都是一样的。

我是静止的站在站台上,嗯,我其实是同时看到了a点和b点两个闪光到达我这儿对我也没有问题啊。嗯。

我在匀速运动的火车上,我看到的也是前面后边或者想左边右边ab两个点的光,是同时到我这里的。对。

如果说这个没有想明白的话,大家其实可以想一个很简单的情况,你如果说在地铁里,或者在火车上,你在火车的终点车头,车尾同时两个灯闪光,应该没有任何问题吧。对,但是同时感受到了这两个光照到你身上,对问题出在哪儿?

问题实际上是处在我们参考的位置啊,就是旭东看我对就出问题了,这就出现问题了。首先旭东和水兄分别发现,这两束光都是同时照到了我们,也就是说从自身的感觉来讲是一样的。但是我在站台上想去看水兄的话,我就会发现出现了一个很有意思的现象。嗯。

大家可以想一想,如果说按照水兄的感受这样曙光同时到达他的话,那应该我会发现他的左半边脸和右半边脸是同时照样对,但是站在站台上的我看水兄的时候,我却。

惊人的发现,嗯,他右边的脸面向车头的脸先亮了,左边的脸在很快的一段黑暗之后也被照亮。对,虽然这个时间很短,但是呢。

的确不是同时的。

这是一个思想实验,大家要去想,而不是说我们真正的是测到的,看到的或是怎么样。使兄帮我解释一下吧,为什么我会看到这种现象,为什么呢?实际上,因为火车它是在云树向前运动。

这个时候呢,这个两束光在叙东看来它是有着相对运动的。相对于我而言,前端的也就是右边的这束光。

因为他到达我这样的一个距离,由于我的运动的存在,这段距离是会被缩短,对从左边也就是后端过来的这个相对的距离呢?

相应的会略有边长,说白了就是水胸的右脸。

嗯,向着那个光迎过去。如果这个光是个大巴掌的话,它的右边先向那个,然后迎了过去,那么从左面来的那个巴掌,它这个速度呢肯定怎么样,就是从时间上面来讲,肯定要晚于那个相向运动的那个时间。但是这个时候我们讨论的所有的前提大家都要记住,我们要有一个前提,那就是光速是不变的,对他没错,因此得到了一个结论,就是什么,旭东说。

我看到两束光是同时的。

水兄在车上说,我看到两束光,也是同时的大使。许嵩举手了,他说,我看到你两边的脸,它是不同时亮的。所以我认为你看到的光是不同时的。

就会得出这样的一个结论,这个很毁三观哦啊。

对于旭东和水兄来说,我们都是同时明明都是同志让,对啊。

在我的立场上,我却发现水兄他并没有同时看到两束光。看到这两束光,那问题就来了。对,到底谁对谁错痕。所以这个就是非常著名的爱因斯坦提出来的就是叫做同时性的相对性。

也就是说两个不同的参照系当中的人都说,同时看到都说了同时两个字,但是呢,恰恰这个事情它是相对的,并不是说绝对的。

同时这就是引发了一个相对性的原理。

相对这个词在这个时候终于出现了。

当然,其实爱因斯坦并没有把他的理论嗯,叫做消费者,对对,对。

那么这里面呢又想稍微扩大一点讲,就实际上爱因斯坦要解决的一个什么样的问题呢?

原来牛顿的那套东西,我们把它叫做经典力学体系,对吧?

然后麦克斯韦那套东西,我们把它叫做电磁学,也叫电动力学,那也就是这两个力学的物理的规律,它是不同的。

那么爱因斯坦就想解决这个问题,也就是说,我在两套体系当中物理学的规律它都是成立的。

嗯,他想做这样一件事情,这个一点请大家要要要注意。对,所以认识爱因斯坦的一个思路,就是要把牛顿的这套东西能够得到一个推广。

我们回到那个奇葩的火车上。嗯,这里就出现了一个很有意思的情况,就是关于谁对谁错的探讨。嗯,那在这个当中什么东西发生了变化了。对于我而言,两束光射到我身上,他所花的时间大家应该可以理解,就是这段距离去除雨光的速度。

对于水球而言,其实也是,那为什么会发生这种变化?

关键的问题就在于,时间。

我带着一个钟,然后旭东带着一个钟,我发现我们自己认为自己的钟都没有问题,但是旭东这个时候在观察我的钟的时候,他就会发现,哎。

不对了,我这个钟走的时间和他走的时间不一样,从这儿其实我们就得继续说下去,因为爱因斯坦,他想到了一个之前的人没有想到的东西。时间不是绝对的,而是相对的。

其实爱因斯坦也就是通过他的这个火车的假想,进而就推导出了一个。

很有意思的方程式,大家有兴趣可以去查一查吧。

我们这边表述这个方程式的推导过程并不能说得特别的明白,但其实很简单,会利用到勾股定律。

对这里呢,也可以稍微给大家展开一下,大家也可以顺着我们的描述啊,你们可以拿一张拿一张纸就是啊,拿一张纸拿纸笔其实很容易。

也就是说,我们假想有这样一个钟,嗯,好不好这个我们这个中呢就简单一点,最简单化的一个理论化的一个中叫光子中什么叫光子中呢?就是你假定有上和下有两块板啊,不管是金属板木板啊,这个都无所谓。

然后呢,它有两个探头啊,两个点,这个点呢,可以向上打一束光上去。那么碰到上面那块把或者玻璃吧啊,就会反射下来,对不对?

那么你把这样一个以上以下这样一个过程定义为一个滴答,嗯,就是我们所说的一秒钟,当然要注意啊,这个一秒钟不是我们现实意义的一秒钟。

可以理解为一个基本的时间单位。

那么如果说这个中它是运动的,它从原来这个位置会向前移动一段距离啊,你可以取一个。

代数符号啊,l啊,d呀都可以,对不对,就举在火车上吧。如果说你在火车上,你就弹这个乒乓球就颠那个球,你会发现它是直上直下,直上直下,直上直下。

但是如果说我是站在火车的外面,看水兄在那玩那个乒乓球,我会发现乒乓球的轨迹其实是一个锯齿状的波浪线。 对,就是这样几种状况,那么因此大家可以想象一下,我这个时候光子底部啊,打到上面又反弹下来。这个时候,他走的轨迹不再是那么简单的垂直的上下,而是走过了什么一条斜线,一条斜线也就上去,是一条斜线下来,也是一条斜线。

这个时候,大家可以把那个下面他移动了这段距离在底一端,我们在连一条线上中间加一条千锤线。

因此就变成了一个等腰三角形的这样子一个形态。

那么如果学过勾股定理,你就可以算得出其实不学也没关系。你可以想象一下,同样我这个向上向下,我刚才定义为一个滴答。

那么这样子一个滴答是不是要比我原来垂直上下的一个抵达要经历的时间,显然是要更长一些。我来帮水兄再翻译一下好水兄,他自己是理工科处的,是一个文科生啊。我们可能。

会需要让更多的人能够理解这个思想是怎么来的,在水兄的在火车上的这个参照系当中,这个光子它就是在这个中上垂直的滴答了那么一些,对,没错。所以说他通过的这个路径就是这样子的一滴一搭对。但是我站在火车外面去看水兄的时候。

他走过的这个距离,他其实走了一条斜线。 对,但是这两个事情其实对于我们两个参照系来说,它是同时的。对,对于我而言,他走过的就是这条斜边。

对对于你而言,你的那个光子。

还是走的就是那条直线,对,没错。

同时再加上另外一条便,这个很简单的就是我看水兄在这个过程当中移动的位置,我们刚刚暂停了一下,水兄觉得我这样子翻译了,大家可能依然听不懂。

刚才啊,如果说能够顺着我们这个思路啊,能够有一定想象的话,你就会发现啊,其实你画个图,你也会发现旭东,他来观察一个运动的火车,上面的这个光子中,嗯,这个光子的运动轨迹是两条斜线对,因此他的一个滴答的时间要比他自己的钟所经历的那个滴答的时间显然要长。

因为走的路径长了。

那如何具体去算出这两个参照系时间到底差了多少呢,通过一个很简单的勾股定理的关系,我们前面刚刚其实说了很多的变量,我们把它代入进去以后。

我们就很容易能够推导出一个结果,就是在火车上的那个时间,我们说是t+1撇t胖,它就等于根号里边儿是一减去c方分制v方根号外面一个t就这么简单的一个公式,嗯,好好,简直是怎么来的好简单。其实但是这个故事对于相对论而言它太有用,对大家一定很熟悉啊。为什么说基于相对论光速是无法背?

超越的其实就是通过这个公式计算出来的,其实这个公式它不应不是相对论首先发明的。嗯,早在这个相对论之前啊,就有好多的物理学家,包括数学家就已经开始注意到这个问题。

开始产生了一些对牛顿力学的一个修正,那这个其中呢就是有一个叫做罗伦斯啊,罗伦斯,他做出来的一个就是变换的公式,也就是在原来牛顿的这个公式的基础上啊,或者说就是坐标系变化的一个过程当中呢?增加了啊,这样一个项啊,就是一个根号。二罗伦斯,他很可惜的一点就是他自己没有搞明白。

两个不同的t,它代表着是对对,对,它并没有搞明白这个t和t撇到底是什么样子的关系,为什么时间会有一个时间a和时间?b对这个实际上是需要打破传统观念的,这个其实也是建议很多这个听众啊,在想象或者研究相对论的这个时候一定要打破传统观念,脑洞一定要开得足够大,对吧。

螺轮子变换啊。水兄自己是推过对罗伦斯变化其实不难,但是我们在这里我们就不做展开啊。

那大家只要理解裸轮子变换,它到底是干什么?用的就好。

伽利略变换的那个体系,也就是牛顿经典力学绝对时空观的这样一个概念,上面X五IZ我就不说了,关键是在一个t不同的参照系当中,他认为t是等于t一品就那么简单。对,现在呢?在伦伦斯的变化的体系当中,也就是爱因斯坦的这个观点当中他的前面讲的这个同事性的相对性。

由此推导出来的一个结果就什么呢。踢一撇,他不等于踢。

嗯,t也不等于TEP,它是当中是有一个系数,而这个系数就决定了什么呢,就决定了这个t和t撇之间的这样的一个变化的关系,那么也就是和我们之后讲的这个有这个光速啊,能不能超光速它就有关系了。

那我们还是从我们刚才得出的第一个有意思的现象就是速度,它改变了时间对我们继续来展开。我们要举一个大家耳熟能详的想象来告诉大家他到底是怎么样改变时间的。

不考虑任何技术背景。我和水兄坐上了一艘接近于光速飞行的我们,就说是0.9999个c的飞船,我们在这个飞船上。

我们感觉到的时间是怎样的,我们在飞船上。嗯,大家可以先想一想,好想完了告诉大家,其实我们如果在飞床上聊这期节目的话,我们和大家在地球上聊。这期节目没有任何区别。 对,即使我们是在一个接近于光速飞行的飞船上对。

那么这个时间到底是怎么改变的呢?

那如果说大家是在地球上有一种很神奇的观测设备,能够去看到我们在飞船上的聊天过程的话,大家应该会看到一个这样的情景。 我,然后。

这个一个我可能持续了几百年,对没错就会发现什么的。这个旭东的嘴张得非常的慢,我们凝固了我们的时间凝固。对,一定要注意啊。这个场景啊,就是说如果您是在地球上,我们是在非常重,然后您来观察我们啊。请大家一定要注意这个位置和体系的变化啊,这个还是最最关键的对。

如果说我们看地球上的你们,因为你们对于我们来说也是光速的远离,所以我们看你们也是大家对这个时间的变换应该有一个感觉。

那么时间变化到底会差多少呢?这里也可以给大家一个简单的数字吧,计算过程我们略过去,也就是说。

还是举这个例子啊,旭东站在地球上,我坐的飞船出去转好不好,那么如果我的速度达到了零点八倍的光速,嗯,那么旭东会发现我这个时间大概只有他的60%,那么如果我的速度达到了零点九九个光速,这是非常非常快的速度。哎,0.99的光速。那么这个时候旭东会发现我这上面的时间大概只有它的14%。

也就是说,水兄在这个飞船上。

自己感觉过了十四年,对于我而言,已经100年过程已经100年过去了,就这么简单。如果说大家还想这个速度更快,0.999个光速九九九九个光速。

那么很可能水兄喝了杯咖啡,旭东的小旭东以及小小旭东,还有小小旭东都过完了他们幸福的一生。 那么接下来一个想象就是,如果说我们看到一个接近于光速运动的物体,葱纹面前飞速的事故,我们应该看到的是一个什么样状态的东西。

关子还卖吗?不卖了吧,你前面说的卖,这就直接讲,我们先把现象告诉大家,大家再去非常,我们会是这样会三观都会三观假设我有一个极灵敏的眼睛,看到水兄坐在一辆以接近光速行驶的公交车长。

从我面前掠过,那我看到的他应该是在一个非常非常贬的,像面包片,甚至比面包片还要薄的薄片里。也就是说,他看到的这个公交车,他不再是那个长长的公交车,对,可能就是跟出租车那么长度啊,可能比出租车可能更多。这个取取决于我的速度到底是多快?换句话说。

禁止的观察者他在看匀速向前的这样的一个尺寸啊,长度会缩短在它的这个运动方向,对运动方向上会缩短。

大家就会在想,为什么它会缩短?

哎,难道在这个高速运动的过程当中,水胸以及这个公交车它的密度增加了吗?

对,是不是真的是变多了呢。其实不是啊,就是在我看来,公交车还是那么长啊,那么还是淡定的喝咖啡,对没有特别的,没有任何的变化,只是呢?

巨东在观察我,他认为或者他以为我被压缩了。我直接把结论带出来,好,对好。嗯,相对论认为速度,它同时会改变空间,嗯,它会压缩恐慌。因此呢,就是前面那个结论和我们这个结论,如果放在一起,就得到了一个什么呢?就是说。

在相对论当中认为速度又可以影响到空间的变化,又会影响到时间的变化。

因此,他把时间和空间两个本来是不同的维度的东西啊,两个完全不一样的东西把它放到一起。

成为了一个新的一个概念,叫做。

失控失控对以后再讨论相对论描述的宇宙当中,请把十和空连在一起,用时空对,但它并不是简单的,单纯的。

我们所理解的三个维度加上时间的维度,并不是3+1的关系,它是融合在一起的一个关系。

照顾一下,想听高深的,想听高冷的那些听众的需求,空间的压缩是怎么来的,怎么来的。其实之前啊,在讲前一个话题的时候得到了一个什么呢,得到了一个所谓的公式,对,就是替胖,等于根号一减C方分制v方t对,那么这个实际上就是一个系数啊。他在狭义相对论当中,他是无处不在啊,他都会出现这个东西。我们知道相对论因子。

也就是因为这样一个因子存在,所以我们的世界仿佛变得奇奇怪怪的啊。也就是这个呢,就是在我们原来的那个长度上。

必须要承上一个根号啊。一减去c平方分至v平方。

至于这个公式怎么推出来,首先大家去查一下那个螺纹丝变换,呃,去查一下那个东西,然后这个公式t胖等于根号一减c方分之b方t把这个东西带进去对。

然后通过一些数学技巧就可以算出他空间也被压缩了。对,那么要注意啊,这个根号是在分母上的,就是意味着算出来的就是这个值,肯定要比我原来的值要小一点。嗯,对不对。所以说,得到的一个结论就是,时间上它会压缩空间上,它也会压缩。

那到此为止呢,相对的时间和空间都被速度改变了,还有一个不可思议的东西也被改变。嗯,什么性质量啊,质量在高速运动状态下的水兄会比现在来的质量更大,更大一些,更大,非常大,非常接近于无穷大呃。有很多朋友可能想让我们聊聊三体。

我可以说三体当中大家印象很深的那个光力打击,嗯嗯,他就说,一个非常非常小的球,对一种黑科技把它加速到了接近光速。对这么一个小球把一个恒星体量的天体,嗯?

啪,击碎了,灰飞烟灭,其实就是用到了相对论当中的这个月。对,没错,那么当然原理是这么一回事情,实际上不能绝对这么讲,它都是一个相对性的产生的一个结果。也就是说,在爱因斯坦的相对论当中会突然发现质量,它并不是一个质量,就是我们原来讲的就是物体本身的这个质量。

会发现它禁止状态和运动状态是两种不同的,所以会产生叫做禁止质量和这个运动质量这两个概念对,那么其实也就是我在不同的参照系它去观察测出来的一个质量,它会有不同的营养结果。但是并不是说这个物体它就本身就具备了这样子。一个质量上面的变化需要比如说被光力攻击的恒星恒星,他把自己算作是一个静止的对参照系,然后那个光力,它是一个接近于光速的参照系的。

恒星和那个小小的光力相遇的时候,光利相对于恒星的参照系,它的质量就变得异常异常异常的大了。

这个其实就要带来了,大家想到相对论会想到的那个公式啊,就是e等于mc方。哎,很多人在想这个相对论的公式,为什么它的代表是e等于mc方呢?感觉这个和时间和空间并没有什么太大的关系,感觉相对论是一个跟能量跟质量有关的。

当时对他呢,因为是这样啊,就是这个公式实际上也并不是说是一下子就出来的。在爱因斯坦狭义相对应的当中,他原本是应该讲是没有能量的,这个他没有去考虑,他没去考虑他。但是呢。

由于狭义相对论,它的思维它实际上是一贯的啊。就是说,要把这个力学进行一个推广,推广到这个。

惯性系当中,它都是可以适用的。

因此,既然这样,牛顿提出来的动量守恒这个东西呢?在我们的爱因斯坦这一套体系当中,它应该也是成立的。

那么,再加上爱因斯坦本身,它的一个相对性原理,这两个东西把它结合在一起,然后通过一堆的这个公式的推广啊,这个可能这个里面要需要用到微积分了。

前面那几个说实话高中的能力就可以解决掉,那么这个时候呢,这个肯定要用到一些微积分,那么这样一推导出来之后就会发现,哎,有一个E能量和m之间的这样一个关系,当时这样一个式子,它并不是说简单的。

这个那么美,那么美,那所谓的美就是那么简单,对不对?

进一步的再去研究它就是研究什么呢?研究关于静止质量和运动质量到底是什么样子,一种关系,那么对它进行了相应的简化,也就是说,得到了一个总的一个能量的一个方程,能量等于质量乘上光速的平方。对这个数字之后就产生了整个20世纪最重大的几个历史事件了。这个我们其实简单的说一下,对包括原子弹的爆炸对都是从这个式子来的。

这其实是相对论的一个副产品,对它的一个副产品就是这个,的确是让大家很难去想象到,就是说我这个物质的质量的变化。

居然是可以导致能量的变化,并且请大家看一下这个式子e等于mc的平方C是1km眉苗苗,然后它的平它还要平方,所以这个能量简直是大得非常可怕。

但是大家也也一定要注意,就是说,这实际上是一种什么呢?

他必须是要有一个机理啊。要有一个这样子,一种机制使得它的质量会发生一种变化,这个时候他才能够计划,并不是说我贫困的我一个人,比如说我那么大,一个人贫困的消失了。

它就能够产生,那么大量这个并并不是这样一个概念。当然,如果说有这种黑科技的话,旭东或者是水胸全部转化成能量的话啊。

那可以造福人类了。

这其实就是大家经常会说的那个感觉上是代表相对论的智能方程。

对,但实际上他并不是相对论他真正想要求出来的一个共识。对,那么到这里为止,其实我们就可以去思考超光速的可能性。 嗯,我们前面其实谈到了,如果说当一个物质它不断地趋近于光速的时候,首先啊,相对于那个静止的人来说,他的时间是在变慢。

变慢变慢,当它等于光速的时候,这个高速运动的人相对于地球上的人来说,他的时间就禁止了对它=0,因为在那个方程式当中是可以求出来的。空间也=0被压缩成了极薄极薄,极薄极薄的一个二维的平面,它的质量等于无穷的无限答对。

在数学上,嗯,无限大在物理上的无限大,我们就无法去理解。

对我们没有办法去思考。

当一个东西它达到光速的时候,会呈现出什么样?对,没错,那一定有朋友要问了。诶,你不是说我们没有办法去想象达到光速的状态到底是什么吗?那么,我们是不是有可能去发明一艘达到光速的飞船呢?

当我们以光速行驶一拳,这种感觉我就能描述出来了。这里呢,我们恐怕要遗憾地告诉你,在。

我们的这个宇宙当中,这是不可能。为什么呢,通过爱因斯坦的他那套相对论,比如说把一个水兄要加速到接近云光族那根据动量守恒,那要有一个旭东去推水熊。

一个驱动肯定不够,那要有无穷的驱动驱动驱动,才能一点点把它的速度加上去。

如果说要把水胸这样一个质量加速到光速的话,基本上整个宇宙所有的能量全部都要用来加速。当然,这个只是数学上的一个影响对数学上的一个关系。其实爱因斯坦认为,只有当这个物体它的质量为零的时候,他才可能达到广广对的。是的,因此。

大家也会发现,在所有的基本例子当中,它都是有质量,只有一样东西它是没有质量的光光,那么现在来讲呢,也就是啊,我们讲狭义相对论它的一个非常重要的一个理论基础啊,也就是他的一个前提假设就是光速不变,原理光速不变。原理就是指这个光的运动速度,它是不会有变化,也就是我们刚才讲c加c它等于两倍的c,嗯,c加c还是等于c这个具体怎么理解回到我们前面可能讨论过的一个?

大家一直搞不明白的就是宇宙飞船上它射的那个灯,就比如说旭东和水熊坐在一个接近于光速飞行的宇宙飞船上。

我们看到的我们的那个前面的那个探照灯,它是一个什么状态,可能朋友们会想,诶,我们的时间已经无限无限变慢了。

对,是不是这个灯,它会非常的粘稠的感觉。这个光1.1点一点,向前方扩散,其实对于在接近于光速运动下的旭东河水兄来说。

我们看到的那个灯依然是症状的汗,一光速对向前方飞去。对,为什么呢?因为我们的时间被无穷的变慢了。

可能在你们看来,我们的那个飞船上发出的那个光,其实就像我们的那个。 我持续了十几年,说了一个我那个光也是1.1点一点点的往往前走。

但是因为在飞船上的我和水兄的那个参照系当中,我们的时间也被变慢了,所以我们看到的那个光。

他也是正常的广,对于你们而言。

它是慢的,对于我们而言,它是正常的。

大家千万不要以为我坐在一辆光速运行的飞船,然后我看到窗外有一束光诶,他不是光是一个光子,光在那儿走,对,我绝对不是这种现象啊。

那其实我们对时间的感受,以及看到的光的那种状态和地球上并没有什么不同。对都是正常对的,因为我们只是在一个极高速的。

关系系统对没错,前面说到了不能够等于光速,那很多人想超光速科幻爱好者,动不动就是超光速水兄来说一下为什么不行了,超光速的话大家会发现就是我们刚才讲的那个因子啊。

就是根号里面一减去c平方分之v平方对,如果说这个速度是超光速,也就是v大于c,那么v平方去除以c平方就是一个>1的数字。

用一去减减去它就会出现<0的这个东西,一个附属开一个根号是什么?就是那叫什么虚数虚数,我们得用到i了,就是上高中数学。

可以知道对,那么问题是什么呢?这个既然是一个虚数,那么在我们的现实生活当中,它就是不存在了。因此,在爱因斯坦相对论当中,它是禁止这种情况发生的。

是不会存在超广索性。虽然说我们通过数学可以得出一个虚数,但是因为物理,我们说是一个现实的,是对这个虚数,它到底代表着什么?

嗯,这个是只能留给科幻的部分去。

是的,家乡也就是数学上,它可能有意义。在物理上我们再说的远一点,现在和大家正在聊天的旭东河水熊是在一个非常低速的状态,也对相对于光速而言,对于这个宇宙的极限速度而言,我们的速度非常非常的缓慢,所以说,我们会觉得。

相对论的那些效应非常的不可思议,嗯,非常的离奇,对,为什么速度?嗯,它改变了时间,压缩了空间。对,甚至相对于我们而言,他把那个高速的东西的质量都变大。对,但如果说我们从小就生活在一生亦接近于光子运动的飞船上的话,这些效应它可能就被放得很大。

我们就可能就习惯于光速,它改变,这是完全有可能的啊。因为我们讲经典力学,它就是基于我们现在的这个环境啊,我们的运动状态,它得出来的一个结论。

那么,如果说是我们的世界本身就是一个高速的,那或许它一开始得到的就是狭义相对论。那么,牛顿经典力学只不过是狭义相对论的低速状态,可能在高速生物当中也会出现一个相当于爱因斯坦一样的牛顿,他们发现,当速度在一个很低速状态下的时候。

哎哟,另外一这个世界竟然表现出来啊。如此不可思议的情况啊,这个速度加速度,它等于两个速度之和,怎么可以这样?

或许吧,原来是这样,就是这样,怎么样,水兄第一次上原样的感觉挺难的,要把原来画出来东西来说出来啊。

我可以跟大家说一点这个题外话,他在之前给我看他相对论的那个ppt的时候,非常得意的和我说,你看到上面那么多高冷的公式吧。

不是复制的啊,是我自己推出来,然后手打上去。其实我是为了告诉他,我做事情还是蛮认真的,也就是一个很认真的人,他要说一些理论的话,他通常会自己进行一个运算。

那其实我们在下一次讲广义相对论的时候呢,我们会尽可能的避免一些共识,更多的还是和大家讲一些现象。 而且如果说之前听过极客秀的话,听过水胸的那些极客秀的话,大家应该知道。

水兄是个天文空,我们可以更多的聊聊跟宇宙有关的事。我们可以多展现一些比较奇葩的这样一个事情。

留一个问题,大家可以思考一下,因为到下一次我们讲广义相对论的时候,会和大家详细的去展开。 嗯,双胞胎好,因为我们讨论的一切都是相对的假设旭东和水兄是双胞胎,好水兄坐飞船走了。嗯。

我欢送你拜拜哎。然后你这飞船抽一下,加速成了接近于光速。 对,那么,因为我知道相对论,我知道相对论的效应会附加在我们彼此的身上。

十年以后,我们在相见的时候,会发现我老了十岁,而雪兄可能知道了几个月。嗯,但其实如果说我们把我们我们的视线放到水胸身上来,你的思考是什么啊?那可能情况就是一样的。

我发现我老了,徐东呢,还很年轻。 对于我而言,水兄飞离的地球,以水兄作为一个参照系的会,地球也在做相对运动。

这不是一个很有意思的诶,相对吗?那么到底谁对谁错呢?诶,且听下回分解。

终于到最后了,那还是做一下广告互动方式,先说我自己的啊。呃,旭东微博是旭东啊。山东九日游互动平台有叙动刀科学的微信公众号。

叙东刀科学的百度贴吧,以及我们的qq群原样刀友会关注我的话,可以搜微信公众号,天文茶餐厅。

水兄的本名叫施伟的那个伪字实在是太难写了,比我那个冬还要难写,比较难以表达,所以就去找那个天文茶餐厅买,然后跟我留言啊,申请加好友,我是可以接受的。

好,那么本期的节目就先这样了啊。

第一次东师孝平有不足的地方,还请大家多多包含好了。以上就是本周的,原来是这样,我是旭东,我是水兄,咱们下周再见。 拜拜AC雷电古的云剧,他生生在,不敢不用去找那个尺寸,要比我实际的尺寸要短。

嗯,大家可以想象到,那个根号肯定是大于=2的等等等等。

哈哈哈哈哈哈哈哈。

根号肯定是大于=2的根号,肯定是大于=2的炮弹是按=2大于=2的,大于=2大于=2的,大于=2的=2=2=2的经说出于一个心经。

但继续再加一个额外的彩蛋,猜猜看除了旭东之外还有谁哎,谁谁不知道啊,还有姜文啊,大家肯定会想。

诶,为什么忽然把水兄拉来了,然后姜文哪去了,难道姜文又去生宝宝了吗?这么快吗?30天十天之神,一个他们我,我有再强的这种治这个什么不孕不育的能力,也没法让姜文去那么快,在还没有正式做好准备之前去那个啥啊。

大家放心,不是说这个姜文也要离开,原来是这样了,姜文还会继续的陪伴大家一段时间的。那么为什么这一次找的是水兄而不是姜文呢?

因为姜文已经连问题都提不出来了,太高大上了,什么是相对论呀?我那知道呀,只知道一个爱因斯坦以前那个什么和一个美女待在一起,时间过得比较快啊,然后自己一个人待着时间就很慢啊,那个?

只知道这个,你觉得这个是相对论吗?

算啊算吧,科学算就是一种感知的方式,好,大家放心啊,这个在两期跟相对论有关的东施孝平之后,接下来我们还会继续由我们的萌妹子姜文陪伴着大家啊,我们会继续的来聊那些不是那么高冷的选题吧,还是大家其实更想听到南南版本呢,如果是这样,也不要告诉我好吗,这个南南版本我剪辑的时候的那些,这个已经被我彻底删掉的东西,实在是不堪用好了,大家如果喜欢姜文的话,等两个星期之后呢,姜文会继续的出现,记得小瓦?

到了这么骨干?

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