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对“相对论”的通俗理解

 听形图书馆 2020-11-26

   作者 听形

摘要:本文通过日常生活中出现的相对运动,对不同速度的观察者所得到不同的观察结果,进行分析,达到理解《相对论》中一些基本思想目的。同时通过思想上有意识地“量化”宇宙,对“绝对时空”做了探索。

引言:由于爱因斯坦的相对论深奥难懂,著作中所举的一些思想实验的例子,在日常生活中很少出现,又非常难以思考。故列举了我们现代交通工具非常发达,日常生活中经常出现的例子,来帮助理解《相对论》的一些基本思想。

正文
   一列火车以300公里每小时的速度行驶。
   
一小汽车以120公里时速与之并行,小汽车上的人观察到火车的时速为180公里每小时。
   
一摩托车以时速60公里与火车并行,摩托车上的人观察到火车的时速为240公里每小时。
   
一人以时速10公里跑步与火车并行,他观察到的火车时速为290公里每小时。
   
一人站在路旁不动,他观察到火车的时速为300公里每小时。
火车纳闷了,我的速度明明保持恒定不变,你们一个一个怎么说我的速度不是同一个数值呢?你们谁搞错了吧。小汽车、摩托车、跑步者和站立的人都说自己没错。火车也纳闷了,我自己的速度到底是相对谁而言呢。
   
这就是爱因斯坦的相对论,大家都没错,但看到火车的速度就是不一样。在与火车发生物理关系时,都要根据自己所处的状态来设计、计算。
   
以上是举一个简单的运动例子,同向平行而行。现实生活中运动情况复杂得多,特别是宇宙中地球、月亮、火星、太阳等之间相对运动十分复杂,发射航天器时就要考虑自身所处的运动状态。
    相对论没有错。在爱因斯坦看来,没有任何是绝对的,都是相对的。我们以前都习惯以地上静止的物体作为绝对参照物,这对于在地面上运动的物体来讲是对的,但对于远离地面飞行的物体来讲,地球只能作为相对参照物,因为地球本身也在运动。因此GPS定位数据要做适当调整修正,才能与地面准确位置相符合。
    
那牛顿早期提出的绝对时空存不存在呢?我们来找一找。首先在我们周围附近找一找,在教室里找,“绝对时空”肯定找不到;在地球上找,仔细找一找,到处找一找,也肯定找不到;再到地球与火星之间找,也找不到;再到地球与太阳之间找,也找不到。同理在太阳系里是找不到的,在银河系里也是找不到的,在所有星系里是找不到的,在宇宙星系与星系之间也是找不到的。既然在宇宙中找不到,那绝对时空就不存在。以前人们只是没有将宇宙逐步量化,在量化中去找,虽然宇宙浩渺无穷,无边无际,但为了探索问题,不管宇宙有多大,都可以逐步将宇宙量化,虽然不能精确量化到具体的某个未知地方,但我们可以保持一种去量化的意识。不量化,故不清楚绝对时空到底存不存在;量化一找,不管星系多远,不管宇宙多大,每个星系占据的空间就实实在在在那里,都不可能成为绝对时空,更不可能臆想出另外存在一个超巨大的空框框来装着整个宇宙所有的星系。所以说绝对时空是不存在的。
    
但当时牛顿时代,万有引力刚刚被发现,太阳系各大星球还在等待人类去发现,用牛顿定律计算出木星的轨道,再跟踪观察才发现了木星。那时还没有哈勃望远镜,卫星也没上天,对宇宙的具体探索才刚刚开始,找出一个绝对的参照物来探索星球的运行规律是大家很期待的。
    
当时牛顿提出的是设想,不是一个肯定。

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