中文字幕理论片,69视频免费在线观看,亚洲成人app,国产1级毛片,刘涛最大尺度戏视频,欧美亚洲美女视频,2021韩国美女仙女屋vip视频

作者：張雙南，中科院高能所研究員

編輯：婉珺

1895年，16歲的愛(ài)因斯坦思考了一個(gè)問(wèn)題：如果一個(gè)人與光子以相同的速度并肩而行，那么這個(gè)人看光子的速度是0還是光速？

圖片來(lái)源：Robin Pierre｜Unsplash

10年之后，他終于有了答案，并在1905年發(fā)表了狹義相對(duì)論理論。

愛(ài)因斯坦的解釋是，如果你的速度（v）能趕上光的速度（c），根據(jù)當(dāng)時(shí)物理學(xué)的速度疊加公式，那么你相對(duì)于光的速度（u）應(yīng)該是：

u=c-v=0，

此時(shí)就會(huì)看到這道光是凍結(jié)的，而不再是麥克斯韋方程所描述的電磁波。但是，麥克斯韋方程和觀測(cè)者的速度無(wú)關(guān)，無(wú)論觀測(cè)者的速度如何，麥克斯韋方程預(yù)言真空中的光速都是常數(shù)。

于是在這種情況下，速度疊加公式和麥克斯韋方程產(chǎn)生了矛盾。哪一個(gè)才是正確的呢？

思考了差不多10年，愛(ài)因斯坦最終認(rèn)為，麥克斯韋方程如此美，只能選擇麥克斯韋方程。即與光子同速并飛時(shí)，看到的光子速度依然為光速。

該怎么理解這個(gè)明顯的“悖論”呢？

其實(shí)，正是在假設(shè)光速不變的前提下，再加上相對(duì)性原理，愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)了狹義相對(duì)論理論。在這個(gè)理論里面，悖論自然得到了解決。

在牛頓力學(xué)中，在計(jì)算兩個(gè)物體的相對(duì)速度時(shí)，我們用的是伽利略速度疊加公式：

u=(v₁-v₂)，

其中v₁和v₂分別是這兩個(gè)物體相對(duì)于某一個(gè)參照物的運(yùn)動(dòng)速度，u是物體2觀測(cè)到的物體1的速度，也就是物體1相對(duì)于物體2的相對(duì)速度。

經(jīng)典力學(xué)的適用場(chǎng)景。圖片來(lái)源：Goh Rhy Yan｜Unsplash

而在狹義相對(duì)論中，兩個(gè)向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的物體的相對(duì)論的速度疊加公式為：

u=(v₁-v₂)/(1-(v₁*v₂)/c^2)，

其中v₁和v₂分別是這兩個(gè)物體相對(duì)于某一個(gè)參照物的運(yùn)動(dòng)速度，c是光速，u是物體1相對(duì)于物體2的相對(duì)速度。

和我們熟悉的牛頓力學(xué)里面速度疊加公式（也就是伽利略速度疊加公式）相比，相對(duì)論的速度疊加公式多了分母中的(v₁*v₂)/c^2這一項(xiàng)。當(dāng)v₁或者v₂比光速c小很多的時(shí)候，這一項(xiàng)趨近于零，那么相對(duì)論中的速度疊加公式就和伽利略速度疊加公式完全一樣了，所以可以說(shuō)伽利略速度疊加公式是非相對(duì)論（也就是速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速）的情況下的近似。

在人與光子同速并飛的情況下，物體1和物體2的速度都是光速，分母中(v₁*v₂)/c^2顯然不趨近于零。如果我們依舊使用牛頓力學(xué)中的速度疊加公式，就不合理了。

利用狹義相對(duì)論的公式，我們可以計(jì)算如果物體1是光（v₁=c）會(huì)發(fā)生什么。我們可以得到：

u=(c-v₂)/(1-(c*v₂)/c^2)=c(1-v₂/c)/(1-v₂/c)=c.

也就是說(shuō)，無(wú)論物體2是什么速度，對(duì)于物體2，光（即物體1）的速度永遠(yuǎn)是c！這個(gè)結(jié)論即使對(duì)于物體2的速度是光速也是成立的。

圖片來(lái)源：Christopher Burns｜Unsplash

下面讓我們看看是不是這樣。

愛(ài)因斯坦的追光假想實(shí)驗(yàn)是v₂=c的情況。如果直接利用上面的公式，我們得到：

u=(c-c)/(1-(c*c)/c^2)=0/0.

這就尷尬了，學(xué)過(guò)數(shù)學(xué)的我們都知道，零除以零的結(jié)果是不確定的，豈不是說(shuō)這個(gè)公式失敗了？

當(dāng)然不是！我們用一點(diǎn)數(shù)學(xué)技巧（叫做“極限”）就可以了。

假設(shè)v₂=c-delta，其中delta是一個(gè)無(wú)窮小量，delta有多小呢？用我高中數(shù)學(xué)老師的話說(shuō)，就是要多小有多小。同樣使用上面的相對(duì)論速度疊加公式，我們得到：

u=c*(delta/delta)=c.

因此，無(wú)論delta多小，也就是無(wú)論物體2的速度多么接近光速，物體2所觀測(cè)到的光的速度都是不變的。

這個(gè)結(jié)果不僅在v₂=c的時(shí)候成立，在v₂=-c，也就是物體2逆著光并且以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)也成立，因?yàn)椋?/span>

 u=(c+c)/(1+(c*c)/c^2)=2c/(1+1)=c，

并不是直觀想到的兩倍的光速哦。

作者名片

排版：曉嵐