时间相对论的来源是什么?
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2013-05-18
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时 间 相 对 论
“时间相对论”是爱因斯坦创立的。“时间相对论”是指时间在不同速度的运动体系里,时间的流逝速度是相对的,也就是说是不一样的。在相对高速运动的体系里,时间会变得相对慢。
时间会变慢,在中国古代神话小说中多有述及,但这毕竟是中国神话小说中的想象。在科学中要创立时间相对论的理论却远非易事。不仅要有大量的实验数据,要有很好的数学修养和数学解析能力,更重要的是要能够跳出传统习惯造成的思维定势。时间的均匀流逝,在任何时候、任何地点都是绝对一样的,这是人们几千年来的思维定势,是不容置疑的。大科学家牛顿的“时间绝对论”在科学界已经统治了三百多年。只是到了二十世纪初,爱因斯坦向世人推出时间相对论,“时间绝对论”的思维定势才遭到质疑,直至被打破。爱因斯坦的时间相对论从此成为人类科学史上又一伟大的科技成果。
爱因斯坦的相对论推出,世界为之轰动,就像当年哥白尼发现地球绕太阳转的日心说一样。所谓轰动,大多数人难以想象、难于理解。结果招来了众人的非议,许多物理学家和哲学家对爱因斯坦的相对论进行了激烈的批驳和无情的嘲讽,他们指责爱因斯坦的真知灼见是“违背科学常识”、“很不严肃的标新立异”、是在“玩弄数学游戏”。后来甚至发展到诽谤,漫骂。1920年2月12日,柏林大学的一些学生在爱因斯坦讲课时蓄意捣乱,爱因斯坦被迫退出课堂,忿然离校。这还不算,就在相对论发表25年后的1931年,还有人出版了一本书《一百个反对爱因斯坦的人》。书中罗列了100名学者、专家反对爱因斯坦的相对论。爱因斯坦知道后坦然相对,调侃道:“既然这个理论是错误的,只需要一名专家反驳就足够了。”
让我们看看爱因斯坦是怎样推导出时间相对论的:
在匀速前进的火车里有一乘客在车厢里向上抛一个小球,此时,尽管火车在以每小时60公里的速度匀速前进,但是,列车内的乘客看到的小球是垂直上下运动的。此时,列车外如果有一个站立的人也看到列车内的人上抛小球的情况,他看到的小球上下运动的现象和列车内的乘客看到小球上下运动的现象是不同的。小球的上抛点和下落点,列车内的人看到小球是在同一地方,而列车外的人看到小球上抛和下落在不同的地方;列车内的人看到小球上下运动的轨迹是一条垂直线,列车外的人看到小球上下运动的轨迹是一条呈∧形的折线,。
当我们把这样的实验设想在高速运动的宇航飞船里,上下运动的不是小球,而是光信号。在宇航飞船舱底的地板上垂直于舱顶的天花板向上发射一束光信号,舱顶的天花板上接收光信号的是一面镜子。这时飞船舱里的宇航员看到的光线是从镜子里垂直向下反射的,而一个飞船舱外的静止观察者看到的光线和宇航员看到的光线是不一样的,和上述前进中的列车内的小球上下运动轨迹一样,光的运动是上下运动和向前运动的合成,他看到的飞船舱内发射和反射的光线是呈∧形的,即光从舱底到舱顶走的是一条斜线,而不是垂直上下的垂线。我们都知道,在直角三角形中斜边总是长于直角边,这就是说,对于飞船舱外静止的观察者来说光在高速运动的宇航飞船里走的路程要长一些。光信号的速度等于光走过的路程除以所用的时间。显然,要么是光在飞船里走的速度相对慢些,要么是时间在飞船里流逝的速度相对慢些。爱因斯坦的结论是时间在高速运动的系统里走得慢些。这就是爱因斯坦的时间相对论。
爱因斯坦的科学相对论是建筑在两个前提的基础上的,第一个前提是:匀速直线运动对物理现象不产生任何影响,这个原理对中学生来说都能理解。上面提到的火车上抛小球的例子已说明了火车的匀速运动没有影响到小球上下运动。第二个前提是:光的速度是恒定的,光的速度是299792.458公里/秒。上述两个前提都是在经典物理学中被证实的。在这两个前提下,只能是时间在高速运动的宇航飞船里变慢了,这就是爱因斯坦的结论。时间相对论就这样诞生了。
按照爱因斯坦的结论,在一个高速运动的系统里,时钟会走得相对慢些,宇航员的心跳也变慢些,身体内的生物化学过程也会变慢些,原子中的电子振荡频率也会变得慢些,所有的物理过程都会变得慢些。因此,时间本身也会变得慢些。高速运动的系统速度越快,时间则走得越慢。如果高速运动系统的速度达到光的速度,那么,系统内时间将趋于停止,所有的物理过程变化将会变得无限长。
爱因斯坦成名后,很多国家邀请他去讲学,中国的北京大学也曾邀请过。有的文章说爱因斯坦没有来过中国,错了,他不但来过,而且来过二次,是偕夫人一起来的,但不是原来与北京大学校长蔡元培约定的北京,而是上海。第一次是他去日本讲学途经上海,时间是1922年11月13日。他获得1921年度诺贝尔奖也是瑞典驻沪领事在这时正式通知他的。第二次到上海是在1922年的年底,他从日本讲学结束后乘船到上海。1923年元旦,他出席了旅居上海的犹太人举办的茶话会,下午应在沪犹太青年会的邀请,在上海工部局礼堂(今汉口路193号)演讲相对论,在沪的犹太人对他们民族的杰出科学家表示极大的热情。可惜的是,爱因斯坦未来时,国人望穿秋水盼爱翁,爱因斯坦来了上海,中国科技界、学术界却未见动静,这真是一个难解的谜。
“时间相对论”是爱因斯坦创立的。“时间相对论”是指时间在不同速度的运动体系里,时间的流逝速度是相对的,也就是说是不一样的。在相对高速运动的体系里,时间会变得相对慢。
时间会变慢,在中国古代神话小说中多有述及,但这毕竟是中国神话小说中的想象。在科学中要创立时间相对论的理论却远非易事。不仅要有大量的实验数据,要有很好的数学修养和数学解析能力,更重要的是要能够跳出传统习惯造成的思维定势。时间的均匀流逝,在任何时候、任何地点都是绝对一样的,这是人们几千年来的思维定势,是不容置疑的。大科学家牛顿的“时间绝对论”在科学界已经统治了三百多年。只是到了二十世纪初,爱因斯坦向世人推出时间相对论,“时间绝对论”的思维定势才遭到质疑,直至被打破。爱因斯坦的时间相对论从此成为人类科学史上又一伟大的科技成果。
爱因斯坦的相对论推出,世界为之轰动,就像当年哥白尼发现地球绕太阳转的日心说一样。所谓轰动,大多数人难以想象、难于理解。结果招来了众人的非议,许多物理学家和哲学家对爱因斯坦的相对论进行了激烈的批驳和无情的嘲讽,他们指责爱因斯坦的真知灼见是“违背科学常识”、“很不严肃的标新立异”、是在“玩弄数学游戏”。后来甚至发展到诽谤,漫骂。1920年2月12日,柏林大学的一些学生在爱因斯坦讲课时蓄意捣乱,爱因斯坦被迫退出课堂,忿然离校。这还不算,就在相对论发表25年后的1931年,还有人出版了一本书《一百个反对爱因斯坦的人》。书中罗列了100名学者、专家反对爱因斯坦的相对论。爱因斯坦知道后坦然相对,调侃道:“既然这个理论是错误的,只需要一名专家反驳就足够了。”
让我们看看爱因斯坦是怎样推导出时间相对论的:
在匀速前进的火车里有一乘客在车厢里向上抛一个小球,此时,尽管火车在以每小时60公里的速度匀速前进,但是,列车内的乘客看到的小球是垂直上下运动的。此时,列车外如果有一个站立的人也看到列车内的人上抛小球的情况,他看到的小球上下运动的现象和列车内的乘客看到小球上下运动的现象是不同的。小球的上抛点和下落点,列车内的人看到小球是在同一地方,而列车外的人看到小球上抛和下落在不同的地方;列车内的人看到小球上下运动的轨迹是一条垂直线,列车外的人看到小球上下运动的轨迹是一条呈∧形的折线,。
当我们把这样的实验设想在高速运动的宇航飞船里,上下运动的不是小球,而是光信号。在宇航飞船舱底的地板上垂直于舱顶的天花板向上发射一束光信号,舱顶的天花板上接收光信号的是一面镜子。这时飞船舱里的宇航员看到的光线是从镜子里垂直向下反射的,而一个飞船舱外的静止观察者看到的光线和宇航员看到的光线是不一样的,和上述前进中的列车内的小球上下运动轨迹一样,光的运动是上下运动和向前运动的合成,他看到的飞船舱内发射和反射的光线是呈∧形的,即光从舱底到舱顶走的是一条斜线,而不是垂直上下的垂线。我们都知道,在直角三角形中斜边总是长于直角边,这就是说,对于飞船舱外静止的观察者来说光在高速运动的宇航飞船里走的路程要长一些。光信号的速度等于光走过的路程除以所用的时间。显然,要么是光在飞船里走的速度相对慢些,要么是时间在飞船里流逝的速度相对慢些。爱因斯坦的结论是时间在高速运动的系统里走得慢些。这就是爱因斯坦的时间相对论。
爱因斯坦的科学相对论是建筑在两个前提的基础上的,第一个前提是:匀速直线运动对物理现象不产生任何影响,这个原理对中学生来说都能理解。上面提到的火车上抛小球的例子已说明了火车的匀速运动没有影响到小球上下运动。第二个前提是:光的速度是恒定的,光的速度是299792.458公里/秒。上述两个前提都是在经典物理学中被证实的。在这两个前提下,只能是时间在高速运动的宇航飞船里变慢了,这就是爱因斯坦的结论。时间相对论就这样诞生了。
按照爱因斯坦的结论,在一个高速运动的系统里,时钟会走得相对慢些,宇航员的心跳也变慢些,身体内的生物化学过程也会变慢些,原子中的电子振荡频率也会变得慢些,所有的物理过程都会变得慢些。因此,时间本身也会变得慢些。高速运动的系统速度越快,时间则走得越慢。如果高速运动系统的速度达到光的速度,那么,系统内时间将趋于停止,所有的物理过程变化将会变得无限长。
爱因斯坦成名后,很多国家邀请他去讲学,中国的北京大学也曾邀请过。有的文章说爱因斯坦没有来过中国,错了,他不但来过,而且来过二次,是偕夫人一起来的,但不是原来与北京大学校长蔡元培约定的北京,而是上海。第一次是他去日本讲学途经上海,时间是1922年11月13日。他获得1921年度诺贝尔奖也是瑞典驻沪领事在这时正式通知他的。第二次到上海是在1922年的年底,他从日本讲学结束后乘船到上海。1923年元旦,他出席了旅居上海的犹太人举办的茶话会,下午应在沪犹太青年会的邀请,在上海工部局礼堂(今汉口路193号)演讲相对论,在沪的犹太人对他们民族的杰出科学家表示极大的热情。可惜的是,爱因斯坦未来时,国人望穿秋水盼爱翁,爱因斯坦来了上海,中国科技界、学术界却未见动静,这真是一个难解的谜。
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