直覺告訴我們:你確實(shí)超光速了!但理性告訴我們:你沒有超光速,因?yàn)槿绻愕乃俣瘸馑倭,就打破了光速限制,意味著愛因斯坦的狹義相對論就被推翻了。
如果這么容易就被推翻了,狹義相對論也不可能經(jīng)歷一百多年屹立不倒,再者說了,也完全輪不到我們?nèi)ネ品叭嗽缇屯品恕?/p>
這說明什么呢?說明很多時候我們的直覺和日常生活經(jīng)驗(yàn)是錯誤的,其實(shí)錯覺的直覺在我們?nèi)粘I钪袑乙姴货r,主要原因還在于我們很難突破某些限制,比如說身體結(jié)構(gòu)的限制,生活在狹小空間里的限制等等。
就拿統(tǒng)治人類上千年的地心說或者說“地球是平的”這兩種觀點(diǎn)來講,就是錯誤的直覺最直接的體現(xiàn)。日常生活中,每天我們都能看到漫天繁星圍繞在地球周圍,當(dāng)然有理由相信地球是宇宙的中心。
同時,每天我們也能看到地平面一直延伸到眼睛無法看到的地方,當(dāng)然會選擇相信地球是平的。從科學(xué)的本質(zhì)來看,“地心說”也屬于科學(xué)范疇,因?yàn)榭茖W(xué)的本質(zhì)就是假設(shè),是建立在人們長期觀察總結(jié)出來的假設(shè),然后不斷驗(yàn)證總結(jié)出來的理論。
說的有點(diǎn)多了,重回正題。
相對速度的計(jì)算問題我們上小學(xué)時就學(xué)過,簡單說就是速度疊加,比如說你我分別是每秒5米的速度反向奔跑,那么在其他人眼里,我們的相對速度就是10米每秒,用物理學(xué)術(shù)語描述,其實(shí)這就是伽利略變換。
伽利略變換在低速世界非常適用,簡單易懂。不過,伽利略變換是建立在絕對時空觀基礎(chǔ)上的,也就是說,時間和空間是絕對不變的,只有這樣,伽利略變換才成立。
但是我們所在的四維時空是絕對的嗎,是一成不變的嗎?
并不是,四維時空是相對的,具有彈性的,速度和引力等因素都會影響到時間和空間,時空是一體的。時間和空間的這種相對性意味著什么呢?
意味著你經(jīng)歷的一秒,與我經(jīng)歷的一秒嚴(yán)格來講并不一樣長短。只不過對于生活在低速和低引力世界的我們來講,時間的差異實(shí)在太小了,我們根本感覺不到,也不會對我們的日常生活造成任何影響。
不過一旦來到亞光速世界,速度對時間和空間的影響就比較明顯了,當(dāng)然也就不能忽略不計(jì)了。你在飛船上奔跑的例子就是如此。
也就是說,在亞光速世界,伽利略變換不再適用了,而需要用到更精確的洛倫茲變換才行。簡單講,伽利略變換就是洛倫茲變換在低速世界的近似值,是一個特例罷了。
而愛因斯坦也把洛倫茲變換公式作為狹義相對論的基本公式之一,其實(shí)這也表明了當(dāng)時的洛倫茲其實(shí)已經(jīng)無限接近狹義相對論了,只不過洛倫茲不肯放棄絕對時空觀,最后與狹義相對論失之交臂!
從洛倫茲變換公式中可以看出,當(dāng)速度V1和V2都非常小時,公式中的分母就會無限趨于1,于是洛倫茲變換就會簡化成伽利略變換。但是如果兩個速度都很大,尤其是非常接近光速時,就不能做出這樣的簡化了,這恰恰說明了伽利略變換是洛倫茲變換的近似值和特例。
所以,你應(yīng)該明白,無論你在光速飛船上如何奔跑,都不可能超光速了吧?退一萬步講,光速飛船也是偽命題,飛船的速度只能盡可能接近光速,不可能達(dá)到或者超過光速的。
其實(shí),愛因斯坦的狹義相對論的核心就是光速不變原理,光速是絕對的,在任何參照系下都保持絕對不變。
而由于速度與時間和空間也就是距離有直接關(guān)系,而通常情況下速度都是相對的,必須有參照系才有意義,但光速就是這么霸道,它是絕對的。
光速的這種絕對性意味著時間和空間必須做出相應(yīng)的“妥協(xié)”,只有這樣才能保證光速的絕對性。而“妥協(xié)”的結(jié)果就是時間和空間的相對性,具體來講就是會出現(xiàn)鐘慢效應(yīng),也叫時間膨脹效應(yīng),還有就是尺縮效應(yīng)。
總之就是,我們不能用低速世界的慣性思維去衡量亞光速世界的運(yùn)動規(guī)律,即便不少人很難接受愛因斯坦相對論提出的時間和空間的相對性,但現(xiàn)實(shí)情況就是如此,愛因斯坦的相對論已經(jīng)被無數(shù)次證明是對的。
其實(shí),很多人不愿意接受相對論也很正常,能夠理解。畢竟我們對于這個世界的認(rèn)知,基本上都是建立在日常生活經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上而來的,日常生活經(jīng)驗(yàn)對我們的感受影響如此強(qiáng)烈,以至于任何違反我們?nèi)粘I罱?jīng)驗(yàn)的規(guī)律,都會被我們本能排斥!