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深层解读运动与静止的关系,时间与空间的奥秘,值得收藏!

什么是运动,什么是静止?两者又有什么关系?

你可能会认为这种问题很无聊,其实不然。不要以为大自然法则隐藏得很深,事实恰恰相反,多数大自然法则就隐藏在你我身边,就看你有没有保持好奇心,有没有打破固有思维模式,不被日常生活的想当然所束缚。

古代时期的亚里士多德认为,在自然状态下物体都是静止的,只有受到外力作用时才会运动,而且更重的物体下落速度比更轻的物体快。

不过伽利略一个著名的高塔实验推翻了上面的结论。实验很简单,在一个高塔上同时扔下两个铁球,铁球的质量不一样。

伽利略发现,两个铁球落地的时间是一样的,同时落地,这意味着两个重量不同的铁球的运动速度是一样的。

当然,如果用铁球和羽毛做实验,结果肯定不一样,铁球的速度更快,那是因为羽毛会受到大气阻力。如果是在没有大气的月球上做实验,铁球和羽毛也会同时落地。

之后牛顿总结出了著名的牛顿第一定律,它告诉我们,力并不是物体运动的原因,而是改变物体运动方式的原因。物体运动并不一定需要力,在没有外力的情况下,物体总是会保持静止或者匀速直线运动。

牛顿第二定律指出,物体的质量越大,获得加速度的难度越大。同样的外力作用在质量不同的物体上,质量大的物体加速更慢,质量小的物体加速更快。

牛顿定律告诉我们,宇宙中并不存在绝对静止的物体,静止是相对的。比如说,你坐在沙发上静静地看电视,你认为自己一动不动,但相对于极速行驶的汽车,你同样在快速运动。

你在公交车站点站着不动等公交车,但公交车里的人看到你,也会感觉到你在运动。没有了绝对静止,意味着万物都在相对运动,运动速度的大小取决于你选择的参照系

说到运动和静止,不得不提到时间和空间,在爱因斯坦之前,我们都认为时间和空间是绝对的,这也符合我们的日常生活认知。任何人的时间流逝速度都是一样的,一秒就是一秒,在任何地方,任何人眼里,一秒不会有什么不同。

但是,随着人们对光的深入研究,发现了一个让人百思不得其解的诡异现象。人们发现光在真空中的传播速度为光速,大约每秒30万公里。

但问题就在于,以前人们认为任何速度都必须有参照系,那么光的参照系又是什么呢?

著名的麦克斯韦方程组可以推导出来光速的大小,公式中光速的大小只与真空的磁导率和介电常数有关,并没有任何参照系。说白了,光的速度不需要任何参照系,恒星保持光速

这种观点在19世纪末简直冒天下之大不韪!没有人会相信光如此特殊,加上牛顿经典物理学统治了物理学界几百年了,早就被物理学家们奉为神明,于是物理学界大佬开始想尽各种办法给光寻找参照系

在这种背景下,以太的概念应运而生。以太是绝对的参照系光速就是光相对以太的速度。

但是在后来,以太的概念非但没有解决根本问题,反而引发了更多的矛盾。而且在科学家们通过各种实验寻找以太时,发现它根本不存在。

爱因斯坦的聪慧大脑,让他用奥卡姆剃刀一下把以太“咔嚓”掉了:既然以太本来就是一个假设的概念,又引发了更多的问题,直接把以太去掉不是什么问题都解决了?

于是在光速不变原理和相对性原理的基础上,爱因斯坦提出了伟大的相对论。相对论告诉我们,光不需要参照系,它就是以光速飞行,或者说在任何参照系下,光都恒定保持光速飞行。

说白了,光速与任何速度叠加之后仍旧是光速。比如说,即便你以99%光速奔跑,静止的我看到你身上发出的光的速度仍旧是光速,而不是你奔跑的速度加上光速

往深了说,光速其实是四维时空的内在秉性,只与时空本身有关,与时空中的物体没有任何关系。

严格来讲,光速并不是指光的速度,它是四维时空的固有属性,不仅仅是光,引力波的传播速度也是光速

狭义相对论的横空出世,彻底颠覆了牛顿的绝对时空观,时间和空间不是绝对的,它们突然变得活泼起来,严格来讲,每个人感受到的时间流逝速度都是不一样的。

速度越快,时间就越慢!

而光,最为特殊,因为它始终以光速飞行,这意味着对于光来讲,它是没有时间的。由于没有时间,光可以瞬间跨越任何浩瀚的星际距离,甚至在一瞬间就能跨越宇宙两端。

说到这里,可能有人会提出这样的质疑:我们不是常说太阳光到达地球需要8分钟吗?光怎么会没有时间呢?

在狭义相对论里,参照系的选择很重要,不同的参照系下会有不同的结果,没有参照系就去谈论时间和空间是没有意义的。

太阳光需要8分钟到达地球,的确没错。那是以地球为参照系,也就是在人类眼里,太阳光从太阳飞向地球需要8分钟。

不过如果光有意识,在光眼里,飞向地球是不需要任何时间的,瞬间到达地球。

两者并不矛盾,而且恰恰体现了狭义相对论的正确性!

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