所謂的思想實(shí)驗(yàn)，就是使用想象力去進(jìn)行，而在現(xiàn)實(shí)中無法做到的實(shí)驗(yàn)。諸如“光滑無摩擦力的平面”、“接近光速飛行”、“縮小到原子級(jí)別觀察原子的行為”這樣的假設(shè)在現(xiàn)實(shí)中都是不可能做到的，都需要豐富的想象力來支持。天馬行空的想象力可以幫助科學(xué)家們“做實(shí)驗(yàn)”，來探索比現(xiàn)實(shí)中看到的世界更為廣闊的領(lǐng)域。
下面就由小編為大家介紹物理學(xué)中的3個(gè)有趣的思想實(shí)驗(yàn)吧。
1、伽利略小球落地實(shí)驗(yàn)
傳說伽利略在比薩斜塔上進(jìn)行過著名的斜塔實(shí)驗(yàn)：讓同樣大小、不同重量的兩個(gè)小球同時(shí)從同一高度下落，他們總是同時(shí)落地。這個(gè)實(shí)驗(yàn)推翻了亞里士多德提出的“物體下落速度與物體重量成正比”的說法。但是很多人都懷疑這個(gè)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)的出處只有伽利略學(xué)生的回憶。懷疑者認(rèn)為兩個(gè)小球從高處落地的實(shí)驗(yàn)只是伽利略的思想實(shí)驗(yàn)。
而實(shí)際上，要推翻亞里士多德的觀點(diǎn)，也只需要思想實(shí)驗(yàn)就夠了：試想如果一個(gè)重的小球下落速度會(huì)比輕的小球快。那么如果用一條繩子將兩個(gè)小球綁在一起從高處放下，會(huì)發(fā)生什么？?jī)蓚€(gè)小球會(huì)因?yàn)槔K子的捆綁而發(fā)生速度的“折中”，即兩個(gè)小球構(gòu)成的整體，下落速度應(yīng)該比重的球單獨(dú)下落時(shí)更慢，而比輕的球單獨(dú)下落時(shí)更快。但從另一方面來看，兩個(gè)小球綁在一起的整體，會(huì)比任一小球都要重，下落速度應(yīng)該比重的小球更快。這個(gè)矛盾證明亞里士多德的理論是錯(cuò)的。
伽利略
2、愛因斯坦的光線
愛因斯坦在他16歲的時(shí)候提出過這樣的問題：如果他以光速在宇宙中飛行，身旁有一束光線與他同向飛行，那他會(huì)看到什么？最初愛因斯坦的答案是他與光線相對(duì)靜止，他會(huì)看到在空間中不斷震蕩但停滯不前的電磁波。這個(gè)想法被后來的邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)所推翻。
邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光速對(duì)于任何觀察者都是一個(gè)常數(shù)。也就是說，無論你是靜止，快速跑動(dòng)，還是以接近光速飛行，都會(huì)看到光線以一個(gè)恒定的速度離你遠(yuǎn)去。這被稱為“光速不變?cè)怼?，是狹義相對(duì)論的基本假設(shè)之一。
3、雙生子佯謬
關(guān)于時(shí)間旅行的話題總是讓人著迷。雙生子佯謬就是一個(gè)關(guān)于時(shí)間旅行的悖論。
根據(jù)狹義相對(duì)論，觀察者會(huì)觀察到以接近光速運(yùn)動(dòng)的事物時(shí)間流逝變慢。假如地球上有一對(duì)雙胞胎，弟弟留在地球，哥哥乘坐太空船以接近光速在太空中旅行，由于哥哥以接近光速運(yùn)動(dòng)，時(shí)間流逝變慢，當(dāng)哥哥回到地球時(shí)，弟弟會(huì)發(fā)現(xiàn)自己比哥哥更老。但是有的人指出，運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，在地球上的弟弟觀察到哥哥以接近光速運(yùn)動(dòng)，飛船上的哥哥也會(huì)觀察到弟弟以接近光速運(yùn)動(dòng)，在哥哥看來是弟弟的時(shí)間流逝在變慢，回到地球時(shí)哥哥比弟弟更老。兩人的分析相矛盾?！@就是著名的雙生子佯謬。
佯謬的意思是“假的謬論”，也就是看起來是邏輯矛盾的，但實(shí)際上并沒有矛盾。
在思考雙生子佯謬時(shí)，還應(yīng)該考慮參考系的問題。在地球上的弟弟處于慣性系中，飛船中的哥哥并非一直處于慣性系中。簡(jiǎn)單地說，牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系稱作慣性系。設(shè)想以一輛加速前進(jìn)的大巴作參考系，觀察者會(huì)看到放在大巴地板上的小球沒有受到向后的力，卻向后加速運(yùn)動(dòng)了。也就是說，選取大巴作為參照的話，牛頓運(yùn)動(dòng)定律在小球上并不成立。此時(shí)加速中的大巴就是非慣性系。
同樣，在宇宙中旅行的哥哥，在飛船加速和減速的過程中，也必須認(rèn)為自己處于非慣性系中。地球上的弟弟則一直處于慣性系中。狹義相對(duì)論是僅適用于慣性系中的理論，想要分析哥哥非慣性系中的運(yùn)動(dòng)，就要用到廣義相對(duì)論。哥哥用廣義相對(duì)論分析自己，所得出的時(shí)間減慢效應(yīng)會(huì)大于用狹義相對(duì)論分析弟弟的時(shí)間減慢效應(yīng)。直觀地說，就是在飛船加速和減速的過程中，哥哥會(huì)看到地球上的弟弟迅速衰老。
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