後飛的笨鳥

講文明,講禮貌,愛藝術,談幽默
(個人版權未經許可請勿轉載複製)
個人資料
越吃越蒙山人 (熱門博主)
  • 博客訪問:
正文

跨越了四百年的疑惑和爭執(4)

(2018-03-27 06:50:24) 下一個

(對外在世界的認知 之十二)

夫賢者,其德足以敦化正俗,其才足以頓綱正紀,其明足以燭微慮遠,其強足以結仁固義。司馬光的這番話,說明中國古代對於值得稱頌的人要求還是很高的。其實,最終能成為所謂賢人的,也不一定都是要麵麵俱到,但肯定還是自有其天分的。

 

對於光的前行速度,第一次下意識地注意到這個事情的,是在文藝複興年代的荷蘭,是一位通曉數學物理的蠟燭商人。他覺得光從在太陽那出現的那一刻到映射到他的手掌上,是花了時間的。這不知道應該是算腦子靈敏還是眼神靈敏了,反正至少是一種普通人難以具備的以燭微而慮遠的能力。後來有人設計裝置試圖測量出光的速度,伽利略就幹過這樣的事情。在沒有電子設備的年代,與我們現在測到的光速精準數值,297,200公裏/秒,最為接近的,是兩個法國人在十九世紀中,用鏡子反射32公裏距離光源的測得的速度,他們得到的數據是每秒296,000公裏/秒,誤差不到1%。

 

1887年,有兩個美國人(Michelson and Morley),在克利夫蘭做了一個實驗,想要證實光的速度,但是結果十分奇怪。按常規,如果光源朝著測量的方向有個初始的速度,比如說是以V的速度在移動,那麽光被測得的合成速度就應該是有這個變量V的增加;反之,光源向測量者相反的方向移動,最終合成的光速就因該有相應的減少。這是我們在前邊談到過的那個伽利略,早已向大家解釋明白了的道理。但那兩個美國人的測量結果不是這樣,他們觀測不到在有初速的情況下,最後的合成光速有符合定律的變化。這就像是說,如果有一輛汽車,以每小時一百萬英裏的速度在行駛的時候,司機打開了車燈,那麽對於前麵的觀測者來說,燈光的速度還是每秒鍾29.7萬公裏,汽車飛快的速度並沒能給光線帶來增量。怎麽會是這樣呢?

 

荷蘭物理學家勞倫茨(Lorentz)注意到了這個問題,他在1904年發表了一個數學公式,展示了速度帶來的“壓縮”效應,他試圖用這個理論解釋美國人所做的那個實驗的結果。壓縮的假設是說,物體在接近光速時,會有一種特殊的收縮現象。速度會令物體收縮,時間就像是一個頑皮的孩子,他要和你捉迷藏。你走的越快,時間對你來說就會變得越慢,這時你的表走的就越慢。比如我開了一輛超長卡迪拉克,我把油門踩到底,車子以一百英裏/小時大速度從站在路邊的你身旁飛馳而過。你瞪著眼睛目不轉睛地注視著我衝過時,車身是縮小了的,是被速度壓縮了的,但你意識不到。這是因為這樣的情況下,壓縮是極其微小的。如果,我的車能提速到每秒3千公裏,是光速的1%的時候,按這個公式推算,一部十七尺長的車就能縮小近一寸了,但在飛馳而過的一瞬間,你還是難以明辨察覺。如果這車的速度能達到光速的99%時,這輛超長卡迪拉克就被壓縮到隻剩下兩尺半到長度了,但寬度沒變。得到這樣的推理結果,勞倫茨感到很是惶恐,這怎麽可能在宇宙中發生呢。

 

同樣是在1905年,在解釋完光電效應和原子理論之後,針對勞倫茨的數學推導,愛因斯坦又發表了一篇題目叫《有關運動物體的動力學》的文章,質疑了經典物理學的基本定律。愛因斯坦說,宇宙就是這樣,不管你飛得多快,任何事情相對你來說還是原樣。當你越接近光速時,時間就越擴展,空間就越延伸。就像膠皮一樣地拉長,讓你不可能比光還快。假如,在沙灘上,我撿到了一隻裝著妖怪的瓶子,我把瓶子蓋打開,騰在空中的妖怪樣子雖然嚇人,但他還是要信守承諾。我告訴他我的願望是以每小時五百萬公裏的速度飛奔。要滿足我的要求,妖怪可以在我的鞋後裝上光子火箭。或者,他也可以用相反的做法,他把五百萬公裏壓縮成五公裏,讓我能在一小時內以現有速度從容走過。當然,如果我想跑得比光速還快,瓶子裏的妖精也可以騙我。我越接近光速,他就越可以不斷地把空間拉大,讓我要達到光速所經過的距離不斷地擴展,一小時過去了,好像走完了五百萬公裏,其實哪兒都沒去。關鍵要看參照的東西是什麽。

 

所以,當我坐在一個以光速行駛在軌道上的車裏,經過外邊站著的你時,我從窗戶向外招手,對你來說我是被壓扁的,對我來說你也是被壓扁的。我把手表放在窗口讓你看,你看到表針走得很慢很荒謬,這是怎麽回事呢?這是因為宇宙在發揮它的本分,它不讓我們走得比光快。愛因斯坦,把這個叫做“長度和時間的相對論”,即後來他說的狹義相對論。這也解釋了,Michelson-Morley的實驗裝置量得的光速沒有變化的原因。因為,光速在宇宙中是一個恒定的常量。

[ 打印 ]
閱讀 ()評論 (11)
評論
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'Zucker' 的評論 : 謝謝光臨,歡迎常來交流。
Zucker 回複 悄悄話 有意思,作者的寫作水平技巧都很不錯,深奧的問題寫的淺顯易懂。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 '豆腐幹' 的評論 : 謝謝豆腐幹,你有複活節快樂!
豆腐幹 回複 悄悄話 回複 '越吃越蒙山人' 的評論 : 那是。所以弄到後來都是思想實驗和數學計算。等看下一篇,Happy Easter!
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 '豆腐幹' 的評論 : ,有一點我前邊說的不夠貼切,就是其實速度多大對人不重要,主要是加速度太大,我們人類的生理結構受不了,楊利偉是受不了短時間裏為了克服地心引力,神五從零到10km/s的加速度,跟別談瞬間從零到30萬公裏/s 的加速度了
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'Luumia' 的評論 : 謝謝到訪。
Luumia 回複 悄悄話 文章和討論一樣精彩!
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 '豆腐幹' 的評論 :嗬嗬, 彼此彼此,我也是外行。你的最後一句話,基本上就是Bohr他們那樣的量子物理學家想要告訴世界的秘密。後來的雙縫實驗做出來的結果也是和狹義相對論光速極限的矛盾。我下麵會講這個問題。
人以光速看東西,肯定是不可能的。楊利偉坐飛船反抗地心引力,最高也就承受10-11km/s的速度,這就使得他有五髒六腑都要被震碎了的感覺。愛因斯坦說光的速度總是300000km/S左右,是說不管參照物是什麽,即便是兩個光子火箭對開相遇,他們看彼此也都是這個速度,而不是光速的兩倍,到了這個數,就疊加不上去了。當然這些都是理論。而且,現在也有所謂超光速的研究。但在相對論體係中,光速是恒量還是正確的。
豆腐幹 回複 悄悄話 外行來湊熱鬧。
1. 人要是以光速運動,那他是看不見東西的,對吧?同向,光子進不了眼睛,逆向,視網膜是否可以接受二倍光速的衝擊?所以愛因斯坦那個光速火車上的人看外麵是一派純然的黑,車站上的那人的眼睛根本捕捉不到以光速通過的火車,,他看見的是個空空的站台,二個世界交匯不到一起。
2. 光速恒定,它的物理意義是什麽?速度都是參照而來的,比如開車,我對於馬路是60,對於方向盤是0,對於對方來車是120,對於傍邊的自行車是50,假如測量結果,這些數據全部恒定,這是什麽意思?是否指這些參照點都在一個點上?似乎隻有這樣理解。我,車,馬路,對方車,自行車,方向盤都在一個點上,什麽意思?空間沒有了。對吧?空間不存在了,速度才能恒定。那麽對我們人類來說,光子從太陽啟程,穿越巨大空間到達我們的視網膜,對光子來說,根本沒有這個空間。
嗬嗬,頭腦亂風暴一下。看了雙縫實驗的種種怪異,興致勃勃,感覺微粒世界是沒有空間和時間的。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 '風水縱橫' 的評論 : 嗬嗬,謝謝音樂家到訪。看了那麽多大學問家的背景介紹,我越來越相信,音樂和邏輯是相通的:)
風水縱橫 回複 悄悄話 坐下了。
登錄後才可評論.