深层分析我们都知道速度是相对的,但光速为何是绝对的呢?
日常生活中,我们时刻能感受到速度,也正是因为在我们身边速度的概念太常见了,所以我们都习以为常了,所以不太容易去思考有关速度的一些更深层的东西。
从古代社会,人们就开始认识并定义速度。比如说在古希腊,人们对速度的定义可谓简单粗暴,认为只要物体不受力,一定处于静止状态,而且是绝对意义上的静止。同时,任何运动的物体都有速度,这个速度是绝对的,在任何人眼里都是一样的。
举个例子,你面前停着一辆汽车,在你眼里它就是静止的,在其他人眼里也是静止的。除非汽车受到外力作用,否则会一直保持静止。如果汽车受到外力获得一定的速度,比如说每秒20米的速度,那么在任何人眼里汽车的速度都是20米每秒。
这种对速度的理解方式在我们现代人眼里显得有些可笑,但我们不能嘲笑古人对速度的认知,毕竟任何时代都有很难突破的局限性。古人对速度的错误理解主要是忽略了一点,那就是:参照系!
没有参照系,速度将因此失去意义。
比如说,甲静止在地面上不动,乙和丙在一辆高速行驶的汽车上。在甲眼里,乙和丙的速度很快,但在乙眼里,丙是静止不动的。
所以,丙到底是静止的还是在高速运动?或者说丙的速度到底是多少?
这个问题也再次强调了参照系的重要性,没有参照系,速度将没有物理意义。
在如今的我们看来,给速度定义合适的"参照系"是理所当然的事情,但在几百年前的古人眼里,能够提出"参照系"的概念是非常不容易的。而"参照系"概念的提出,使得人们对速度本质的理解有了更深刻的认知。人们开始明白,世间一切速度都是相对的,没有绝对的速度,这也被称之为"相对性原理"。
看到这里,或许你会不屑于顾:如此简单的物理现象,干嘛说得这么神秘呢?
简单的物理现象背后,往往隐藏着更深层的规律。而光的出现,让人们开始从简单的相对速度思考更深层的物理现象。
我们都知道,光在真空中的速度是30万公里每秒。但前面已经说过,任何速度都是相对的,都必须有参照系才有意义。如此说来,"光在真空的速度是30万公里每秒"的说法就是不严谨的,因为这种说法没有给光定义"参照系":也就是说,"光相对什么能达到30万公里每秒的速度呢?"
不要小看这个问题,科学家对这个问题的思考和辩论极大地推动了现代物理学的发展,可以说完全颠覆了人们的传统认知。
伟大的麦克斯韦方程组表明,光就是电磁波,同时推导出光的速度只与真空的磁导率和介电常数有关,公式如下:
从公式中可以看出:光的速度公式中没有涉及到任何参照系,也就是说光速是绝对的,光不需要参照系,或者说在任何参照系下,光速都是不变的。这也是光速不变原理。
举个例子,假设你和一束光沿着一个方向飞行,你的速度为20万公里每秒,按照传统的相对速度计算公式,那束光相对你的速度应该是10万公里每秒。
但事实上并非如此,那束光相对你的速度仍旧是30万公里每秒,而且不管你的速度有多快,哪怕无限接近光速,光相对你的速度仍旧是30万公里每秒!
如果你穿越到古代,向人们讲述上述光速的特殊性,古代人们肯定会认为你疯了,哪怕是牛顿估计也很难接受光的这种特殊性。
不要说古代人类,19世纪末20世纪初的科学家也很难接受光的这种特殊性,但除非麦克斯韦方程组错了,否则光就是如此特殊。
但麦克斯韦方程组是如此的优美,甚至被认为是人类历史上最伟大的公式。在后来的不断验证中,麦克斯韦方程组都被证实没有错误。
既然这样,当时的物理学家们就应该心平气和地接受"光速不变原理"。但说起来简单,由于光的这种特殊性与牛顿的经典力学相悖,而牛顿经典力学统治了物理学界几百年历史,早就被"奉为神明",当时的物理学家想尽各种办法来"左右逢源",试图调和牛顿经典力学与麦克斯韦方程组之间的矛盾,但都没有成功。
伟大的爱因斯坦用他那天才般的大脑思维,用"奥卡姆剃刀"把经典力学的思维方式一下子"咔嚓"掉了,提出了完全颠覆传统认知的理论:相对时空观。
爱因斯坦认为,时空并不是绝对的,而是相对的。时间和空间是一个整体,两者不可分割。为了迎合光速的绝对性,意味着某些东西必须发生相应改变,这些东西就是时间和空间。简单想一下也比较容易理解,你在地球上静止不动,我以90%光速飞行,你和我看到的光的速度都是一样的,都是光速,这意味着某些东西(就是刚才说的时间和空间)必须发生改变,不然我们看到的光的速度不应该是一样的。当然用数学也能推导出来时间和空间到底如何改变的,之前的文章有详细说明,这里就不详述了。
简单讲,时间和空间会因为速度(还有引力)的变化而发生改变,这就是时间膨胀(钟慢效应)和尺缩效应。速度越快,时间流逝就越慢。
而相对时空观的一个重要前提就是光速的特殊性:光速是绝对的,在任何运动状态下或者任何参照系下,光速都是恒定的。
严格来讲,你我,地球上每个人的时间流逝速度都是不一样的。只不过由于我们生活在低速世界,我们的速度与光速相比实在太小了,完全可以忽略不计,所以我们很难察觉到时间膨胀和尺缩效应,只有在亚光速世界,才会变得非常明显。
王思聪花百万配电脑,世界排名第4,到底贵在哪近日有条新闻在数码圈很火爆,前首富之子王思聪配了一台电脑,其花费高达100万。这几乎是等于一套房子的电脑,性能跑分高居亚洲第一,世界第四。目前正好是奥运会,在我国运动健儿在赛场上为
苹果6s现在越来越烫怎么回事?要换了吗?感谢您的阅读!iPhone手机为什么会出现越使用越烫的情况?iPhone6S这款手机它采用的是a9处理器整款手机的性能表现还是相对比较突出的。虽然经历过这么多年的发展,这款手机所带
畸形价值观的后阿里文化一夜之间洒满整个网络的角角落落的空间,无一针可插的阿里醉侵事件。若使其灭亡,必先使其疯狂。何等价值观,做为项目的一把手,居然还自认为没有错,居然还觉得是行业规则把自己的想法凌驾于法
阿里还是扛不住了8月9日凌晨,阿里在内网公布了女员工被侵犯的阶段性内部调查结果和处理决定显示,鉴于涉嫌侵犯女同事的男员工承认存在和同事XX在醉酒状态下有过度亲密行为,严重违反公司规定,予以辞退,永
关于手机续航华为和iPhone哪家强对于目前的旗舰手机,性能方面的发展已经远远满足我们日常使用的需求,也就是说已经出现了性能过剩的现象。但是对于手机的续航问题,却还没有任何厂商敢于宣称已经解决了这个问题,所以手机的续
北斗有望为电动自行车新国标落地带来新助力21世纪经济报道记者叶碧华实习生冯畅报道随着5GAI边缘云算力等发展,万物互联也成为了电动自行车行业的新发展趋势。近日,中国质量认证中心北斗时空研究院联合雅迪爱玛人保平安共同启动了
官宣第二代小米OLED电视通过GSYNC专业游戏认证此前小米正式宣布第二代小米OLED电视将在8月10号正式亮相,这两天小米电视官方也不断地在为这款电视进行预热。日前消息,小米电视官宣首次联手英伟达GeForce,第二代小米OLED
阿里被性侵女员工长文控诉世界上最大的武器,就是豁出去的决心阿里巴巴创始人马云曾说过,自己从1999年创业以来从不参与应酬,他喝酒从来不为订单真以为生意是靠喝酒喝出来,脑袋能不坏吗?但似乎阿里管理层并没有继承创始人的意识。8月8日,阿里巴巴
杰士T5IIANCANCMcLaren真无线耳机新增主动降噪头部动作控制在音响界拥有超过60年资历的美国Klipsch,近期以自家T5II系列为基础,推出了两款具备ANC主动降噪功能的真无线耳机T5IIANCT5IIANCMcLaren版。这两款新机种
iOS15的儿童保护功能,引发网友愤怒8月5号,苹果美国官网表示,他们正在与儿童安全专家合作开发新的儿童安全功能,后续会在iOS15iPadOS15watchOS8和macOSMonterey的更新中推出这个儿童保护功
西安人最喜欢的陕西景区有哪些?很高兴回答你的问题。西安人最喜欢的景区不会是有着世界第八大奇迹名头的秦始皇兵马俑,也不会是有着在天愿做比翼鸟,在地愿为连理枝。天长地久有时尽,此恨绵绵无绝期。凄美爱情故事的华清宫。