對于相對論的誤區(qū)
關(guān)于相對論，一般人誤區(qū)最大的就是拿牛頓的世界觀來套用。什么意思呢？
我們可以先來看看，牛頓對于運(yùn)動問題的解決方案。這其實(shí)來源于伽利略的相對性原理。具體的操作其實(shí)就是速度疊加。我們來舉個例子，假設(shè)一個人在一輛小車上，這小車從右往左運(yùn)動，每秒是10米，而人在車上運(yùn)動，每秒是5米。那這個時候如果要求地面觀測者看到車上的人的速度，那應(yīng)該是多少呢？
科學(xué)是注重過程的，對于這個問題，牛頓世界觀下的解決方案，其實(shí)就是把兩個速度進(jìn)行疊加，也就是說，地面觀測者的速度是車速+人的速度，也就是10+5=15米/秒。
所以，如果一個手電筒打開并扔出去，如果用牛頓的世界觀，地面觀測者看到的光的速度就應(yīng)該是光速c+手電筒的速度，所以一定會大于光速c。
可問題的關(guān)鍵是，牛頓和愛因斯坦的世界觀是不同的，具體來說，在愛因斯坦的理論框架內(nèi)，速度不是單純的疊加。還是車子和小人的例子，如果用愛因斯坦的理論來計(jì)算，其實(shí)是下面這個計(jì)算公式。這個計(jì)算式其實(shí)是通過光速不原理和相對性原理，推導(dǎo)而來的，想了解的可以自己簡單推一下，其實(shí)就是一個初中數(shù)學(xué)的難度，數(shù)學(xué)上并不難，難的其實(shí)是物理學(xué)的思想。
如果把剛才的速度帶入計(jì)算，你就會發(fā)現(xiàn)，結(jié)果約等于15m/s，只是在小數(shù)點(diǎn)后15位有個極其微笑的差異。實(shí)際上，牛頓力學(xué)其實(shí)是相對論在宏觀低速下的近似值，這也是為什么，我們牛頓力學(xué)其實(shí)會讓我們感覺到特別準(zhǔn)確的原因。我們生活在宏觀低速下，所以牛頓力學(xué)和我們的直覺特別匹配，但一旦速度快起來，其實(shí)牛頓力學(xué)的誤差就會體現(xiàn)出來，這時候其實(shí)就需要用到相對論。
還是扔手電筒的那個問題，實(shí)際上，如果你假設(shè)手電筒有個速度，再帶入進(jìn)去算，你會發(fā)現(xiàn)，最后的結(jié)果其實(shí)還是光速c，并不是牛頓力學(xué)計(jì)算出來的超光速。所以，其實(shí)在相對論當(dāng)中，光速其實(shí)和光源是沒什么關(guān)系，無論光源到底在不在運(yùn)動。不僅如此，其實(shí)一開始相對論被稱為相對論，愛因斯坦是有點(diǎn)不愿意的，因?yàn)檫@個理論更像是絕對論。這里的絕對，其實(shí)就是光速，光速在任何慣性參考系下都是光速。
相對論和牛頓力學(xué)的本質(zhì)區(qū)別？
那你可以能要問為什么相對論和牛頓力學(xué)會有所區(qū)別呢？
這其實(shí)是愛因斯坦和牛頓對于時空的看法不同造成的。牛頓認(rèn)為“時間”和“空間”是彼此獨(dú)立的，而且對于任何參考系（觀測者）來說，時間和空間是一樣的。意思就是，對于任何人來說，一秒就是一秒，一米就是一米，在大家眼里一秒和一米都是一樣的，和他們的運(yùn)動狀態(tài)沒有關(guān)系。
而愛因斯坦則認(rèn)為，“時間”和“空間”并不是分立的物理量，而是可以被統(tǒng)一的，他管著叫做“時空”。具體來說就是，由于運(yùn)動狀態(tài)的不同，時間和空間也會發(fā)生變法。
比如說：高速運(yùn)動的物體，就會發(fā)生時間膨脹效應(yīng)和尺縮效應(yīng)。
具體點(diǎn)來說，就是如果剛才的例子變成一艘飛船，飛船從高空快速掠過。在對于地面觀測者來說，飛船上的時間就會發(fā)生膨脹。具體的膨脹是這樣的，如果飛船上的人在做廣播體操，那地面上看到的情況就是慢動作的廣播體操，具體膨脹效應(yīng)其實(shí)也可以通過相對論的推導(dǎo)公式來求解。
這里補(bǔ)充一點(diǎn)，其實(shí)飛船里的人感受到的時間還是在很正常的，所以他做的廣播體操還是正常速度。還有，如果地面觀測者也在做廣播體操，那對于飛船上的人來說，他看到的其實(shí)也是慢動作廣播體操。這里其實(shí)就是相對性原理在起作用，畢竟運(yùn)動是相對的，飛船上的人相對于地面觀察者是告訴運(yùn)動，同理，我們也可以看到是地面觀測者相對于飛船上的人在高速運(yùn)動。
而尺縮效應(yīng)的情況也是和時間膨脹是類似的，在這里就不贅述。
雖然，相對論得出的結(jié)果特別反直覺，但是科學(xué)上的事請其實(shí)要靠實(shí)驗(yàn)來證明。愛因斯坦狹義相對論這些年也確實(shí)被不少的時間所證明，首先就是μ子實(shí)驗(yàn)，其次還有銫原子鐘實(shí)驗(yàn)等等。這些在網(wǎng)上都可以搜到，想了解的可以自行搜一下。
這些實(shí)驗(yàn)都非常強(qiáng)有力的證明了愛因斯坦的觀點(diǎn)。而那個讓人無法理解的光速不變原理，說白了就是時空的一種特殊屬性，是描述任意兩個事件之間的時空距離。
最后，我們來總結(jié)一下，牛頓世界觀和愛因斯坦的世界觀對于“時空”的認(rèn)識有本質(zhì)的區(qū)別，正因?yàn)槿绱耍谟?jì)算運(yùn)動速度時，牛頓世界觀下，常常是通過簡單的速度疊加來完成的。而實(shí)際上，愛因斯坦的理論也有相關(guān)的速度合成公式，在解決高速問題時，其實(shí)應(yīng)該用的是愛因斯坦的狹義相對論而不是牛頓力學(xué)，如果從狹義相對論來求解，那一定不存在超光速的事件。所以，扔出去的手電筒中射出光并沒有超光速。
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