阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论解释了物体速度的变化如何影响其时间、空间和质量的测量。
有助于建立电磁理论的实验显示了电磁场中的波(我们将其视为光)穿过空旷的空间速度为每秒 299,792,458 米(约每秒 186,000 英里)。
从来没有更快。 从来没有慢过。
这单次限速无论观察者移动的速度有多快,它也恰好是相同的,这在一开始确实没有多大意义。 所以在 1905 年,爱因斯坦写了一篇论文详细解释了一个奇怪的解释。
速度如何影响时间和空间?
艾萨克·牛顿三个运动定律描述力、物体的质量及其加速度之间的关系。 这些法律适用于每个人,无论他们如何旅行。
在火车上招待乘客的小丑可以相信他们的杂耍球会以缓慢、稳定的速度上下移动。 另一方面,经过第二列超速列车的乘客会透过车窗看到那些杂耍球以两列列车的总速度呼啸而过。 那里没有什么奇怪的。
如果这些球是光波,那么无论谁在观看,它们都只能以单一速度移动。 坐在杂技演员旁边的乘客也会看到球以光速上下移动。 尽管火车的速度存在差异,坐在经过的火车上的人也会看到他们以完全相同的速度移动。
对于缓慢移动的杂耍球来说,这是很难想象的。 加速到光速,需要一些聪明的思维才能理解。
爱因斯坦的解决方案是将时间和空间视为相对因素。 根据狭义相对论,加速度会改变观察者之间时间和距离的比较,特别是当加速度变得超快时。
一个人在经过的火车上经过,车上有一个超瘦、超慢的杂耍者,当他高速经过时,他的瘦杂耍球几乎锁定在空间里。 杂耍者根本不会认为他们很慢或很瘦,反而会认为另一列火车上的人看起来特别瘦和慢。
他们所看到的都不是“错误”。 时间或距离上没有绝对的位置。 “对”只是取决于每个人速度差异的背景。
E = mc2 是什么意思?
爱因斯坦提出了一个新的方程来描述质量和力的关系,作为支持他的新想法的一种方式。 他并不是当时唯一思考这种关系的人——其他物理学家,例如亨利·庞加莱,还展示了能量和质量是如何紧密联系在一起的。
对于静止的物体,爱因斯坦展示了它的总质量如何等于其能量乘以光速的平方。 或者,换句话说,E = mxc^2。
由于光速恒定,质量和能量是同一枚硬币的两个面。 通过增加能量(例如推动能量),您也可以增加质量。 随着加速物体获得更大的质量,它需要更多的能量来加速,这反过来又使其更难推动。
狭义相对论可能看起来很奇怪,但在爱因斯坦提出他的提议一个多世纪后,它已经成为最重要的理论之一。最受支持的理论在物理学中。
对于任何以平凡的步伐前进的事物——无论是杂耍球、火箭、子弹还是公牛蚂蚁——狭义相对论的规则并没有真正产生太大的区别。 但对于任何具有极快“相对论”速度(即接近光速的速度)的物体,狭义相对论确实具有强大的冲击力。
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