你相信吗?如果你用光速飞行一年回到地球,也许地球上已经经过了几千年!
牛顿认为,宇宙是由运动的物质组成,不管是掉落的苹果或者宇宙中运行的天体,都是因为受到引力的作用。
根据牛顿的运动定律看来,光速并不是固定的。
牛顿运动定律影响深远,即便是几百年后的今天,我们的基础科学发展仍然建立在牛顿三大定律之上。
1865年,英国物理学家“詹姆斯·克拉克·麦克斯韦”认为,光是一种速度固定的电磁波。
克拉克是经典电动力学的创始人,毫不夸张地说,没有克拉克就没有现代电动力学,也就不可能有现代文明。
近代如此重要的两位科学家得出的理论竟然不一致,这中间就肯定存在问题,爱因斯坦必须要弄清楚问题到底出在哪!
光速是否固定,测量的方法离不开一个必要因素,那就是~“时间”。
爱因斯坦似乎找到了解决问题的切入口,那么时间是如何影响光速测量结果的呢?
比如一辆疾驰而来的火车,对于一个处于地上静止状态的观察者眼看来,时间的流逝相对较快。
而相对于一个处于火车上运动状态的观察者看来,时间的流逝就会相对较慢。
假设运动状态接近光速,时间的流逝就会趋于停止。
这就是爱因斯坦著名的思想实验,钟慢效应!
在地球大气层10公里的地方,会产生一种基本粒子,它们的大小只有质子的万分之一,其寿命只有2.2微秒,也就是百万分之2.2秒。
如此短暂的生命即便给它们加速到光速的99%,让它们从高空冲向地面,按照牛顿定律来算,它们只能冲出约660米。
但如果按照爱因斯坦钟慢效应理论,高速运动使得基本粒子的生存时间膨胀了22倍。
也就是说,这些基本粒子的寿命被拉伸到48.4微秒,它们可以冲出约14.5公里,从高空到达地球。
因此我们可以通过探测地面上是否存在这些基本粒子,来证明钟慢效应是否正确。
事实情况是,科学家们在地面上探测到了它们,这说钟慢效应是真实存在的!
那么大家可能要问了,既然存在,那我们为什么感觉不到呢?
这里要跟大家说明两个问题:
第一,人类目前的运动速度太慢,开车时速120公里,再快点就要超速,即便是运载火箭每秒几公里的速度,钟慢效应也就是以纳秒计算,人类根本感受不到这样的差别。
第二,很多人认为时钟代表时间,时间变慢就是时钟变慢,其实两者截然不同。
我们所说的时间,指的是时间的流逝速度,而时钟是记录时间流逝速度的工具。
如果时间的流逝速度变慢,那么最终在时钟上所累积的时间量就会相应减少。
也就是说,即便是速度接近于光速,时间流逝趋于停止,时钟也不会因此而停止,时钟会照常行走,只不过它累积的时间量就变少了。
钟慢效应阐述了时间的绝对性。
有两道闪电同时落下,打在站台上一个男人的左右两边,对于这个静止状态的男人来说,他同时看到了两道闪电。
此时一辆接近光速的火车经过站台,对于车上这个处于运动状态的女人来说,她会先看到前面那道闪电。
所以对于静止状态的男人来说,两道闪电是同时落下的,而对于处于运动状态的女人来说,两道闪电是有先后顺序的。
实验结果表明,宇宙中的任何空间里,都不存在绝对的时间。
时间流逝的本身,相对取决于观察者的运动状态,时间和空间都是相对的,这就是相对论!
下一期我们接着探讨相对论中那些不可思议的现象!