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所谓的思想实验，就是使用想象力去进行，而在现实中无法做到的实验。诸如“光滑无摩擦力的平面”、“接近光速飞行”、“缩小到原子级别观察原子的行为”这样的假设在现实中都是不可能做到的，都需要丰富的想象力来支持。天马行空的想象力可以帮助科学家们“做实验”，来探索比现实中看到的世界更为广阔的领域。 下面就由小编为大家介绍物理学中的3个有趣的思想实验吧。  1、伽利略小球落地实验 传说伽利略在比萨斜塔上进行过著名的斜塔实验：让同样大小、不同重量的两个小球同时从同一高度下落，他们总是同时落地。这个实验推翻了亚里士多德提出的“物体下落速度与物体重量成正比”的说法。但是很多人都怀疑这个实验的真实性，因为这个实验的出处只有伽利略学生的回忆。怀疑者认为两个小球从高处落地的实验只是伽利略的思想实验。  而实际上，要推翻亚里士多德的观点，也只需要思想实验就够了：试想如果一个重的小球下落速度会比轻的小球快。那么如果用一条绳子将两个小球绑在一起从高处放下，会发生什么？两个小球会因为绳子的捆绑而发生速度的“折中”，即两个小球构成的整体，下落速度应该比重的球单独下落时更慢，而比轻的球单独下落时更快。但从另一方面来看，两个小球绑在一起的整体，会比任一小球都要重，下落速度应该比重的小球更快。这个矛盾证明亚里士多德的理论是错的。  伽利略 2、爱因斯坦的光线 爱因斯坦在他16岁的时候提出过这样的问题：如果他以光速在宇宙中飞行，身旁有一束光线与他同向飞行，那他会看到什么？最初爱因斯坦的答案是他与光线相对静止，他会看到在空间中不断震荡但停滞不前的电磁波。这个想法被后来的迈克耳孙-莫雷实验所推翻。 迈克耳孙-莫雷实验证实了光速对于任何观察者都是一个常数。也就是说，无论你是静止，快速跑动，还是以接近光速飞行，都会看到光线以一个恒定的速度离你远去。这被称为“光速不变原理”，是狭义相对论的基本假设之一。  3、双生子佯谬 关于时间旅行的话题总是让人着迷。双生子佯谬就是一个关于时间旅行的悖论。 根据狭义相对论，观察者会观察到以接近光速运动的事物时间流逝变慢。假如地球上有一对双胞胎，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运动，时间流逝变慢，当哥哥回到地球时，弟弟会发现自己比哥哥更老。但是有的人指出，运动是相对的，在地球上的弟弟观察到哥哥以接近光速运动，飞船上的哥哥也会观察到弟弟以接近光速运动，在哥哥看来是弟弟的时间流逝在变慢，回到地球时哥哥比弟弟更老。两人的分析相矛盾。——这就是著名的双生子佯谬。  佯谬的意思是“假的谬论”，也就是看起来是逻辑矛盾的，但实际上并没有矛盾。 在思考双生子佯谬时，还应该考虑参考系的问题。在地球上的弟弟处于惯性系中，飞船中的哥哥并非一直处于惯性系中。简单地说，牛顿运动定律成立的参考系称作惯性系。设想以一辆加速前进的大巴作参考系，观察者会看到放在大巴地板上的小球没有受到向后的力，却向后加速运动了。也就是说，选取大巴作为参照的话，牛顿运动定律在小球上并不成立。此时加速中的大巴就是非惯性系。  同样，在宇宙中旅行的哥哥，在飞船加速和减速的过程中，也必须认为自己处于非惯性系中。地球上的弟弟则一直处于惯性系中。狭义相对论是仅适用于惯性系中的理论，想要分析哥哥非惯性系中的运动，就要用到广义相对论。哥哥用广义相对论分析自己，所得出的时间减慢效应会大于用狭义相对论分析弟弟的时间减慢效应。直观地说，就是在飞船加速和减速的过程中，哥哥会看到地球上的弟弟迅速衰老。 |
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