<h3></h3><h3>一天，16歲的愛因斯坦，開了一個腦洞:<br></h3><h3>如果我以光速奔跑，會看到什么？</h3><h3>這個腦洞引發(fā)了這樣兩個效應:</h3><h3></h3> <h3>1.時間膨脹</h3> <h3>2.空間收縮</h3> <h3><h3>牛頓孤立絕對的時空觀，根本無法解釋這兩個效應。</h3></h3><h3>除非把時間和空間看成是相對的、不可分割的整體，這就是愛因斯坦的“相對論”。</h3> <h3>接下來本文將以最少的篇幅，但卻是絕對正確的方式，讓你了解狹義相對論的核心結論——時空的相對性。</h3><h3>請看:</h3> <h3></h3><h3></h3><h3>開個玩笑??，我保證接下來你不會看到一個公式:</h3><h3>一、時空<br></h3><h3>1.空間的維度</h3><h3>想象一下，眼前有一支水平擺放的鉛筆，隨著它在水平位置上旋轉，鉛筆好像變短了！</h3> <h3>當然，你不會上當，你知道鉛筆只是旋轉了。</h3><h3>但是假設你是一個生活在鉛筆影子所在平面的二維生物，只能看的鉛筆的影子，沒有辦法意識到它的旋轉，那么對你來說，鉛筆的確是變短了。</h3> <h3>在這個例子中，生活在二維世界里的生物無法感知三維世界。</h3><h3>就像我們這些生活在三維空間的人，無法感知第四緯一樣。</h3> <h3>2.時間的維度</h3><h3>在一維世界里，你看到這樣三個點:一個點保持不動，另外兩個點相向運動，碰撞后再彈回來</h3> <h3>但如果用橫軸代表空間維度，縱軸代表時間緯度，將帶縫隙的活頁沿時間軸滑動，你將看到一樣的情景。</h3> <h3>發(fā)現(xiàn)沒?一維生物感知到的運動，在二維生物的眼里其實是不存在的。對二維生物而言，沒有運動的點，只有固定的線條。我們把這些線條叫作“宇宙線”</h3> <h3>在一維生物眼里，這三個點速度快慢不同。</h3><h3>但在二維生物眼里，不過是宇宙線的傾斜度不同罷了。</h3> <h3>剛才在一維空間，時間作為第二個緯度，組成了不可分割的二維時空。</h3><h3>那么在二維空間，時間就是第三個緯度，同樣組成了不可分割的時空:</h3> <h3>上圖中，二維生物看到的圓沿著一個圓形軌道運動和正方形的自轉，在三維時空中的真相其實是:代表時間的平面從上向下的滑動。</h3> <h3>同樣的，對于三維空間的物體來說，時空是四維的，因此 我們習以為常的物體是四維物體在三維世界中的截面。</h3><h3>正如一維世界的生物無法感知二維時空一樣，我們這些生活在三維空間里的人類，也無法感知四維時空。</h3><h3>就像在一維世界里點的運動，在二維時空中變成了靜止的線。我們作為三維生物所感知到的運動，不過是四維時空在三維世界投影出的幻象。</h3> <h3>二、相對論效應</h3> <h3>我們剛才已經(jīng)知道，宇宙線的傾斜會使點的速度發(fā)生變化?，F(xiàn)在我們以不同的方式來移動縫隙:</h3><h3>水平向上移動縫隙，我們看到了一個不動的點:</h3> <h3>將縫隙傾斜，并沿著傾斜的方向移動縫隙，我們就看到了一個運動的點:</h3> <h3>保持縫隙移動的速度不變，我們發(fā)現(xiàn)縫隙傾斜的角度越大，點運動的越快</h3> <h3>因此，無論是通過傾斜宇宙線還是傾斜縫隙的方式，都可以再現(xiàn)點的運動。</h3><h3>這樣，我們就很容易理解相對論的兩個效應了，先看空間效應:</h3> <h3>縫隙水平，向上滑動縫隙，我們從縫隙里看到的桿是靜止不動的:</h3> <h3>縫隙傾斜，并沿傾斜方向滑動縫隙，我們從縫隙里看到的桿是運動的，而且長度變了，運動速度越快，桿變得越長:</h3> <h3>再看時間效應:</h3><h3>我們假設有塊一秒閃爍一次的表，當縫隙勻速平移時，表是靜止的，縫隙里點的閃爍頻率不變，這代表著時間在均勻的流逝:</h3> <h3>當縫隙以同樣的速度斜移時，表開始運動，縫隙里點的閃爍頻率變快，這代表時間的流逝也變快了，而且速度越快，時間的流逝越快:</h3> <h3>那么，可不可以這樣說:速度越快，桿就越長，時間的流逝也越快?</h3><h3>不行，我們還要考慮“反效應”，以地圖為例:<br></h3> <h3>上圖是實際的地球地圖，印在一個球面上。</h3><h3>如果將其展開到平面上，就會形成一個橢圓:</h3> <h3>再將橢圓變成矩形，就需要將靠近兩極的部分放大:<br></h3> <h3>這就是反效應，由于我們剛才體會到的時空，其實是更高維度時空的投影，所以也會存在這樣的反效應。</h3><h3>所以，真正的相對論效應是“動鐘變慢，動棒縮短”。</h3><h3><br></h3> <h3>愛因斯坦九歲的二兒子愛德華問他:“爸爸，你為什么這么出名呢？”</h3><h3>愛因斯坦哈哈大笑，回答道:“你瞧，甲蟲在球面爬行,它意識不到自己爬過的路徑是彎的，而我有幸發(fā)現(xiàn)了這一點?！?lt;/h3><h3> </h3> <h3>本文靈感來自:</h3><h3>斯蒂芬·杜蘭德的書《會動的相對論》</h3><h3>薛定餓了么的視頻《跟克蘇魯一起五分鐘看懂相對論》</h3> <h3></h3><h3>延伸閱讀:</h3><h3><a href="http://m.zit.org.cn/21g8p53b?share_from=self" target="_blank" class="link"><span class="iconfont icon-iconfontlink"> </span>從“不懂波”到“引力波”</a></h3><h3><a href="http://m.zit.org.cn/21p6w1dz?share_from=self" target="_blank" class="link"><span class="iconfont icon-iconfontlink"> </span>牛頓的“速度與激情”</a><br></h3><h3>更多科普文章請在美篇APP關注“肖老師科普”</h3><h3></h3>