假設光的速度是恆定的,那麼整個物理學的世界,會變成什麼樣子。
這個問題拋出來,除了學生們交頭接耳之外,在場的物理學家們也是皺起了眉頭。
這個假設,違背了牛頓力學的絕對空間以及靜止參考系的觀點。
看看元霄怎麼自圓其說。
元霄很滿意,他有留意到系統的傲世指數不斷增加。
為了尊重原發現者,元霄還是決定將理論稱之為愛因斯坦的相對論。
「現在我們有了個認為是正確的假設,」元霄播放著PPT,「那就是光的傳播不需要介質,而且速度恆定。
在這個前提下,我們很快會發現,觀察者不論處在怎樣的運動狀態,看到的光速都是一樣的。
如此一來,對于兩個地點發生的事件的同時性,將會產生分歧。」
這段話有點燒腦,元霄知道大部分的人都听不懂,他展示出畫面,開始舉例說明。
比如一艘宇宙飛船,正在以極高的速度進行勻速直線飛行。
在飛船里面的人,做以下的實驗。
首先在飛船的頭部和尾部的同等高度,各自安裝一個光子探測器。
一旦有光子到達,探測器立即就會點亮提醒。
接下來,在兩個探測器正中間的位置,放一個光子發射器。
然後操作光子發射器,分別向飛船的頭部和尾部,同時發出光子。
其結果是,在飛船里面的人,必定會看到兩個探測器同時亮起來。
因為光子到達頭部和尾部的時間是一樣的。
這個結果以牛頓力學的解釋,也可以成立。
因為勻速直線運動狀態,和靜止狀態是等價的。
因此飛船雖然以極高的速度飛行,對于飛船內部的人而言,和靜止沒有任何的區別。
光子必定同時間到達飛船的頭部和尾部。
但是對此後延續的推導,相對論卻不一樣。
牛頓力學認為時間和空間是絕對的,這里產生變化的是光速。
故此,對于飛船外的人,看到的也是飛船頭部和尾部的探測器同時亮起來。
比如這艘飛船,相對于布魯雅星球做著高速勻速直線飛行。
那麼在布魯雅星球上,觀察飛船的某人,相對于飛船就是靜止了。
這是因為光子發射器在中間位置發射光子之後,船頭在不斷遠離這個光子,相反船尾則是不斷接近這個光子。
但是光速是變化的。
往船頭的光速變成光速加上飛船的速度,往船尾的則變成光速減去飛船的速度。
這樣光速的變化,就和飛船的速度相互抵消了。
因為按照牛頓力學的解析,飛船外面的人看到的是頭尾探測器同時亮起來。
這樣,不管飛船內的人,還是飛船外的人,對探測器亮起來這個事件,時間上空間上的認識是一致的。
但是!
元霄舉起了手︰「現在我們假設的是光速不變,那麼會變成什麼情況。」
弗羅茲瞬間似乎明白了什麼,他的臉色頓時就白了。
其余的物理學家們,也是瞪大了眼楮。
而學生們則是皺眉。
元霄首先給出了結論︰「很簡單,按照光速不變的原理,遠離飛船的人,對他們而言光速是不變的。
那麼光子到達飛船頭部的距離變大,到達尾部的距離變小。
因此他們會看到,船尾的探測器先亮起來,而船頭的探測器後亮起來。
這樣的結果,我想大家稍微想一下,就能夠明白吧。」
如此一解釋,就連學生們都紛紛點頭。
想象一下,這是非常簡單的事情。
元霄的PPT演示圖,說得明明白白。
可是,這樣就出問題了。
飛船里面的人,認為頭尾的探測器是同時亮起來的。
而飛船外面的人,則認為尾部先亮,頭部的探測器後亮。
元霄回頭看了眼屏幕︰「這就是因為光速恆定,導致的同時性是相對的。
這樣一來,飛船外的人測量到的探測器亮起來的時間,和飛船內的人不同。
故此,對于發生事件的空間位置也發生了變化。
這也就是愛因斯坦相對論最重要核心思路。
當光速絕對恆定的時候,時間和空間就不在是絕對、而是相對了。」
這話一出,全場嘩然。
不可能啊,時間和空間,怎麼會是相對變化的。
這不合理啊。
兩百多年的新紀元人類歷史,挖掘出來的無數科技理論,很重要的一個前提,那就是時間的對等性。
時間對于任何人、任何事、任何變化,應該都是恆定不變的。
空間也是,雖然現在有空間膠囊這種空間疊加技術。
但是也並不意味著固有空間,可以隨意變化啊。
時間和空間都是相對的話,那麼人類的存在,是不是也只是相對的。
弗羅茲早早就意識到這樣的結論,所以他的臉色才是慘白的。
時間也是相對的,也就是說,不同地方不同速度下,時間是不一樣的!
「這里描述的同時的相對性,只是調和兩個理論的第一步,」元霄繼續解釋,「光速恆定下,一個慣性系下測量出來的一個事件,發生的時刻以及空間位置,和另外一個慣性系不同。
只不過我們日常生活中看到的運動,大部分速度遠遠低于光速。
所以我們一般認為,不同的慣性參考下,兩個事件發生的時刻和空間位置一致。
這就是牛頓力學定律,他解決的是宏觀低速運動的問題。」
元霄最後做著總結︰「也就是可以理解為,為了保持光速不變,那不同運動狀態下的觀測者看到的距離和時間就應該不同。
因為速度等于距離除以時間,為了保持速度不變,距離和時間就必須要變化。
這就是今天我們要探討的第一部分的內容。
謝謝大家的聆听。」
下課的鈴聲響起來。
全場居然沒有一個人動。
所有的人都驚呆了,元霄提出來的理論,打破了傳統固有的思想。
可是仔細想想前後分析來分析去,卻又是繞不開這樣的推論結果。
難道這貨說的是真的。
時間和空間是相對的。
那邊元霄已經關閉屏幕,拿起講義準備走了。
大家這才意識到什麼似的,全部沖了上去。
連弗羅茲這樣的老頭都是滿臉紅光︰「元老師,你不僅僅是只有思維推導吧,還有具體的計算公式吧。」
「時間和空間,那究竟是怎麼變化的啊。」
「這不可能啊,每個人的時間不都是一樣的嗎。」
「元老師,請再解釋解釋……」
?傲世指數+25430、+56110、+17938……
指數呈現暴漲,元霄笑了。