狹義相對(duì)論告訴我們，運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)間會(huì)變慢，長(zhǎng)度會(huì)變短，即時(shí)間膨脹和空間收縮。
也就是說(shuō)天天做飛機(jī)的人會(huì)比我們年輕？不，飛機(jī)的速度相對(duì)于光速太慢了，不值一提！
愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，統(tǒng)一了時(shí)間和空間，后來(lái)也統(tǒng)一了質(zhì)量和能量。
萬(wàn)維鋼說(shuō)，物理學(xué)的發(fā)展就像是高人看破紅塵一樣戲劇，19世紀(jì)之前人們認(rèn)為對(duì)的理論在19世紀(jì)被推翻，再到后來(lái)量子力學(xué)的誕生又一次顛覆物理學(xué)的大廈。
比如前面的牛頓經(jīng)典物理在高速運(yùn)動(dòng)的研究對(duì)象面前會(huì)被顛覆，而當(dāng)引力出現(xiàn)時(shí)，狹義相對(duì)論將失敗，取而代之的是一組叫廣義相對(duì)論的新定律，在黑洞內(nèi)部奇點(diǎn)的鄰近，廣義相對(duì)論將失敗，取而代之的是一組叫量子引力的新定律。
你看，連定律都是有個(gè)度量，更不用說(shuō)我們工作和生活中的瑣事了。
01 時(shí)間膨脹告訴我們可以“長(zhǎng)壽”
科學(xué)上曾經(jīng)做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，一種叫做“μ子”的基本粒子。μ子可以視為是電子的一個(gè)變種，它是一種非常短命粒子。
因?yàn)橐粋€(gè)μ子很容易就變成一個(gè)電子和兩個(gè)中微子，物理學(xué)家管這個(gè)過(guò)程叫“衰變”。μ子在靜止坐標(biāo)系下的半衰期只有2.2微秒 —— 1微秒是一百萬(wàn)分之一秒，而這句話的意思是說(shuō)，給你一堆μ子，它們每隔2.2微秒，就會(huì)死掉一半。
但是我們說(shuō)了粒子不會(huì)變老，所以剩下的這一半μ子的半衰期，還是2.2微秒 —— 也就是說(shuō)再過(guò)2.2微秒，它們還會(huì)再死一半。就按照這個(gè)固定的速率衰變。
地球天空中的高速宇宙射線中就有μ子，它們一邊沖向地面，一邊衰變 —— 你可以想象，能成功活著到達(dá)地面的μ子，應(yīng)該是很少的。
1941年，物理學(xué)家拿μ子驗(yàn)證了相對(duì)論 。他們首先在美國(guó)華盛頓山的山頂上用儀器測(cè)量了μ子流的密度，他們專(zhuān)門(mén)統(tǒng)計(jì)那些速度是 0.994c 的μ子，看看在一定的面積內(nèi)，一小時(shí)能收集到多少個(gè)這個(gè)速度的μ子。
華盛頓山的高度大約是2公里。這些μ子從山頂?shù)竭_(dá)山底大約需要走6.7微秒。如果這些高速μ子的半衰期跟靜止μ子一樣，那么這6.7微秒可是好幾個(gè)半衰期，山底收集到的μ子數(shù)應(yīng)該是山頂?shù)?8.5 分之一。
可是，如果相對(duì)論是對(duì)的，那么這些速度是 0.994c 的μ子的時(shí)間就應(yīng)該變慢，它們的半衰期就應(yīng)該變長(zhǎng)，那么你在山底就應(yīng)該收集到更多的μ子。這就相當(dāng)于飛船上的一群宇航員，走了很遠(yuǎn)的距離本來(lái)應(yīng)該幾乎全死了，結(jié)果卻沒(méi)有死多少。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果，山底收集到的μ子數(shù)是山頂?shù)?1.3 分之一。這些μ子真的通過(guò)高速運(yùn)動(dòng)保持了青春 —— 這正是相對(duì)論預(yù)言的結(jié)果，數(shù)值絲毫不差。
1979年物理學(xué)家又做了一次實(shí)驗(yàn)，他們用歐洲核子中心的粒子加速器把μ子加速到了0.9994c，結(jié)果這些μ子的平均壽命就被延長(zhǎng)了29.3倍！
相對(duì)論不但正確，而且非常精確。
所以，如果你能把速度提高到無(wú)比地接近光速，那你的一天是地面上的人一年、甚至一千年，在理論上都是可能的。你就等于是穿越到了未來(lái)。
02 質(zhì)量 = 能量
在牛頓力學(xué)中，所有定律都隱含著這樣一個(gè)基本前提，即物體的質(zhì)量是不變的。而根據(jù)狹義相對(duì)論，物體的質(zhì)量不是恒定不變的，質(zhì)量也是相對(duì)的。
物體的運(yùn)動(dòng)速度越快，質(zhì)量就越大。當(dāng)物體的速度趨近光速時(shí)，它的質(zhì)量變成無(wú)限大。
所以超越光速是不可能的，之所以光是光，那是因?yàn)楣庾邮菦](méi)有質(zhì)量的。
愛(ài)因斯坦進(jìn)一步思考，幾乎所有的物體都必須使用時(shí)鐘與量尺來(lái)測(cè)量，既然時(shí)鐘和量尺都是變化的，所以我們必須校正所有的物理量。于是，他導(dǎo)出了兩個(gè)重大的結(jié)論：
第一，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)換為能量。質(zhì)量=能量
第二，每個(gè)物體的慣性在物體接近光速時(shí)，質(zhì)量會(huì)變到無(wú)窮大，也就是速度越快，重量越重。
這個(gè)結(jié)論，又一舉顛覆了19世紀(jì)的兩大物理發(fā)現(xiàn)，那就是著名的E=MC2，C代表光速，大約每秒30萬(wàn)千米。E是靜止物體所含的能量；M是它的質(zhì)量。屬于質(zhì)量M的能量等于這質(zhì)量乘以光的巨大速率的平方。那就是說(shuō)，對(duì)于每一單位質(zhì)量都有一個(gè)巨大數(shù)量的能量。
這也就是當(dāng)年原子彈發(fā)明的理論依據(jù)。
03 狹義相對(duì)論的危機(jī)
牛頓萬(wàn)有引力的精髓是物體質(zhì)量的存在導(dǎo)致了引力，萬(wàn)有引力是和質(zhì)量有關(guān)的，質(zhì)量越大引力越大，物質(zhì)的密度大了一些，引力就會(huì)大。這在牛頓之后的兩百多年里被認(rèn)為是宇宙間的絕對(duì)真理。
引力存在于宇宙所有物質(zhì)和能量之間，是人類(lèi)最早認(rèn)識(shí)的一種基本作用力。引力作用支配著宇宙的形成和演化。在牛頓的經(jīng)典力學(xué)中，萬(wàn)有引力被認(rèn)為是一種超距作用，是瞬時(shí)傳播的，速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速。愛(ài)因斯坦發(fā)表狹義相對(duì)論以后，多位科學(xué)家以引力傳播速度大于光速為由，對(duì)狹義相對(duì)論提出質(zhì)疑。愛(ài)因斯坦很清楚，如果引力的速度是超光速的，那么狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)就不會(huì)存在。
接下來(lái)就誕生了廣義相對(duì)論！下篇談。
總結(jié)
偉大的人，其精神總會(huì)讓我們肅然起敬，很多對(duì)于愛(ài)因斯坦的傳記都說(shuō)，愛(ài)因斯坦小時(shí)候成績(jī)不是很好。但實(shí)際不是這樣的，天才總有天才的運(yùn)氣，愛(ài)因斯坦從小就對(duì)數(shù)學(xué)和物理感興趣，所以他創(chuàng)造了很多神話。
我想，如果愛(ài)因斯坦出生在牛頓那個(gè)年代，說(shuō)不定愛(ài)因斯坦創(chuàng)造的成果和牛頓相當(dāng)，并不會(huì)出現(xiàn)相對(duì)論這樣具有顛覆性的神話。
牛頓是站在笛卡爾肩膀上做研究，而愛(ài)因斯坦是在牛頓+麥克斯韋的肩膀上做研究。
我看到的是不斷優(yōu)化！
參考文獻(xiàn)：
《萬(wàn)維鋼經(jīng)營(yíng)日課》
《時(shí)空簡(jiǎn)史》
聯(lián)系客服
