如果在你的面前摆着一台运行着的唱片机,想要知道唱片的旋转情况,你就需要知道转盘的半径、转速等信息,现在假设已经知道了上述信息,此时让我们考虑一个简单的问题:
唱片的周长是多少呢?
这个问题是多么的简单,以至于我们只需要知道唱片的半径就行,脱口而出:周长等于2πr。
那如果唱片旋转起来呢?
回答道:旋转起来也是一样的结果,难不成唱片的周长还会有变化?除非这个唱片的转速非常快,导致唱片碎掉(对于唱片机来说,不可能有这么高的转速)。
问:我们现在就假设这个唱片是用了某种特殊材质制作而成,可视为刚体,这种情况下,旋转唱片的周长是多少呢?
回答:仍旧是原先的答案,旋转与否都不影响唱片周长的大小。
上述回答是建立在我们熟知的牛顿力学基础上的,不过大家要注意一点,如果唱片的速度极快,相对论效应已无法忽视,那么结果又是怎样呢?
实际上关于这个问题的相关资料可以追溯到1909年,德国的《物理杂志》上有一篇名为《刚体的匀速转动与相对论》的论文,论文的作者是物理学家保罗·埃伦费斯特(也是爱因斯坦的好友)。
论文的内容并不复杂,就是针对当时才问世4年的狭义相对论所提出的一些疑惑,在论文中保罗·埃伦费斯特设计了这样一个思想实验。
假设存在一个匀速转动的圆盘,我们在这个圆盘的边缘摆满量尺(设想这个圆盘很大,而量尺很短,这样一来就可以将圆盘的圆周长用量尺的数量表现出来),试问转盘的周长是多少?