阴阳眼小师妹 第三十二章 关于相对论

相对论分为广义相对论和狭义相对论。

关于狭义相对论，在牛顿的世界里，时间和空间是绝对的，不变的和静止的，物理学中称之为绝对时空观。因为这种观点使得牛顿力学运用起来是那么的得心应手，以至于长久以来统治着人类的大脑，让牛顿的地位在科学界，特别是天文学界是那么的不可撼动。

直到200多年后，一位在科学界可以与牛顿比肩而立的科学巨匠的横空出世，才打破了这种观念。可能大家都知道，我要说的这位科学怪人是谁。不错，他就是赫赫有名的阿尔伯特·爱因斯坦!

爱因斯坦的成功来源于他16岁时的一次大开脑洞的幻想。他对自己说，要是我能和光一样快速前进，与它并肩而行，我将会看见什么样的情景?

当时麦克斯韦已经给出了完美的电磁理论，认定光是一种电磁波，于是就产生一个矛盾。爱因斯坦认为，如果按照牛顿理论，我们总可能达到光速，与它一起前进，这是光在我们的眼里应该就是一列列静止的波动，爱因斯坦称之为冻结的波;在别人看来，以光速前进的人也一样和这列被追上的波一起前进。可是，根据麦克斯韦电磁理论，不管我们以多快的速度运动，光都将以同样的速度离开我们。

在现实生活中，这是那难以想象的。就是说，在真空中，光是一个奇怪的东西的，无论你是站着不动，还是以很快的速度追赶他，还是以很快的速度离开它，它相对于你的速度都是30万公里每秒，毫无变化。这就是爱因斯坦所说的光速不变原理。

爱因斯坦认为，要解决光速悖论，唯有承认光速不变原理，而且这是一种特殊的不变!而光速不变原理就是相对论的基础。

为什么以前人们没有发现光这一特殊的性质(实际上是一种假设)?原因就是牛顿绝对时空观束缚了人们的想象力，而爱因斯坦是挣脱这种束缚，最终破茧成蝶的第一人。

在爱因斯坦的眼里，时间和空间是难么的不一样。可以说，每一个物体就代表着一整套不同的时空，因为时空是受运动速度的影响的，这就是狭义相对论的精髓所在，只是在低速运动状态下，各运动物体之间的这种时空区别不是那么明显，甚至在现代观测仪器中显示不出这种微妙的区别。

科幻电影中的翘曲速度，超空间或其他技术，能让飞船超光速飞行，然后进行星际旅行。但不幸的是物理学表明科幻电影不能成为科学事实。因为我们可能永远也无法超过光速，关于为什么不能超过光速，这可能对于有些人来说是个新鲜事。

爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越？

如果你熟悉爱因斯坦的相对论，对于静止不动的物体，你知道E=mc2，你就会理解这个方程或施加的限制。这里我们先说个前提，物理学家们讨论的关系是指光在真空中的传播速度，比如在外太空，这个速度简称为c，约为每秒30万千米每秒。

爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越？

为什么不可能超越真空中的光速呢？这源于爱因斯坦的质能方程，这个方程表明质量和能量是等价的，这意味着物质的质量越大则其蕴含的能量就越大。最重要的是这意味着物质所含能量越大，它的质量也越大。因为运动也是一种能量，就是我们所说的动能。所以物质在运动时的质量要略大于相对静止时的质量。

爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越？

根据狭义相对论的质量公式，如果你以一百六十千米每小时的速度抛出的一个球，那它的质量会增加将近十万分之2微克。显然这个增加量很小，但通过方程我们可以看出，随着物体运动速度接近光速质量的增加将会变得巨大。如果一艘宇宙飞船以90%的光速飞行，那它此时的质量是相对静止时2倍，这意味着以前必须加倍输出，才能使飞船加速前进。

但飞船的速度越高，其能量也越高，质量也就会变得越大，从而需要更多的能量使飞船加速，同时飞船内的一切也变得越来越重。你想想一只只有14克左右的手表，当速度达到99.99%的光速时，我猜它会达到多重，大约是31吨。

好吧，这时候你的手会被拉断，或者说你已经变成了一个大饼，通过方程给看出，如果一艘宇宙飞船到达光速，那么它的质量是无穷大的，并且将需要无限多的能量来使他前进，显然这是不可能的。这就是为什么任何有静止质量的东西都不可能达到光速。更不用说，超越光速。

爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越？

那有办法来解决这个极限吗？毕竟我们对太空的向往会驱使我们去探索。一些科学家认为诸如速子没有质量的粒子可以超越光速，光速是这些弟子的最慢速度。然而这些纯粹是假象的例子可能根本就不存在。如果你有办法直接跳跃长距离空间，到达一颗遥远的行星，那就有可能超越光速，毕竟速度是距离除以时间的值。也许在是空的结构中就存在一种可以穿越的虫洞，这样就可以实现超光速旅行。

爱因斯坦的狭义相对论与质能方程：为什么光速无法超越？