【科普】霸道的光速:即使你以99%光速追光子,你們之間的速度差仍是光速

天空之城 2022/10/26 檢舉 我要評論

根據愛因斯坦的相對論,光速總是很特別,很霸道,總是不走尋常路。

在我們日常生活中,總是會遇到相對速度的問題,比如說,你追趕一輛公交車,你的速度為時速29公里,公交車時速為30公里,那麼你們之間的速度差就是時速1公里。

所以,只要你再使把勁,稍微一加速就能追上公交車。

但是如果公交車是一束光,情況就大為不同了。無論你如何努力,無論你的速度有多快,你與光的速度差仍舊是光速。

也就是說,即便你以99%光速追趕一束光,你與這束光的速度差仍舊是光速,而不是1%光速!

但我們的固有思維告訴我們,以99%光速追趕光,與光的速度差就應該是1%光速,這是很簡單的數學計算,小學生都會。

這就是光速不變原理,光速是絕對的,相對任何參照系都是光速,或者說光速根本不需要參照系,任何情況下都是保持光速不變。

由此可以看出,光速有多麼霸道,而以「光速不變原理」為前提誕生的狹義相對論,也徹底顛覆了我們的固有思維模式。

實際上,用水波的方式來理解光的速度就會變得容易起來。假設你在水里游泳,水面就會產生波浪,這時候你會發現,無論你多麼努力追趕波浪,波浪始終在你前方,你永遠都追不上波浪。

光也是一種波,也有類似的特性。可以這樣通俗理解:波的速度會隨著你的移動位置而發生改變。

光的這種霸道的特性決不僅僅是猜想,而是經過多次的驗證。

光速不變原理可以引申出很多顛覆我們傳統認知的結果,比如說時間膨脹,尺縮效應等。

這很好理解。既然在不同的參照系,不同的運動狀態下觀察到的光速都保持不變,那麼必然有某些東西發生改變,只有這樣才能保證光速的絕對不變。

而這些東西就是時間和空間,也就是時間膨脹和尺縮效應。

愛因斯坦以兩個基本前提,也就是「光速不變原理」和「相對性原理」提出了狹義相對論,也徹底打破了人們的傳統認知,時間和空間不再是一成不變的,而是相對的,會隨著速度的變化而跟著改變。

當你的速度越快,時間流逝的速度就相對越慢。所以,如果想讓自己的時間流逝變慢下來,那就運動起來吧。只不過我們的速度與光速相比實在太小了,可以忽略不計,所以日常生活中我們很難體驗到時間膨脹的現象。

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