第三十二章 關於相對論

  相對論分為廣義相對論和狹義相對論。


  關於狹義相對論，在牛頓的世界裏，時間和空間是絕對的，不變的和靜止的，物理學中稱之為絕對時空觀。因為這種觀點使得牛頓力學運用起來是那麽的得心應手，以至於長久以來統治著人類的大腦，讓牛頓的地位在科學界，特別是文學界是那麽的不可撼動。


  直到200多年後，一位在科學界可以與牛頓比肩而立的科學巨匠的橫空出世，才打破了這種觀念。可能大家都知道，我要的這位科學怪人是誰。不錯，他就是赫赫有名的阿爾伯特·愛因斯坦!

  愛因斯坦的成功來源於他16歲時的一次大開腦洞的幻想。他對自己，要是我能和光一樣快速前進，與它並肩而行，我將會看見什麽樣的情景?

  當時麥克斯韋已經給出了完美的電磁理論，認定光是一種電磁波，於是就產生一個矛盾。愛因斯坦認為，如果按照牛頓理論，我們總可能達到光速，與它一起前進，這是光在我們的眼裏應該就是一列列靜止的波動，愛因斯坦稱之為凍結的波;在別人看來，以光速前進的人也一樣和這列被追上的波一起前進。可是，根據麥克斯韋電磁理論，不管我們以多快的速度運動，光都將以同樣的速度離開我們。


  在現實生活中，這是那難以想象的。就是，在真空中，光是一個奇怪的東西的，無論你是站著不動，還是以很快的速度追趕他，還是以很快的速度離開它，它相對於你的速度都是30萬公裏每秒，毫無變化。這就是愛因斯坦所的光速不變原理。


  愛因斯坦認為，要解決光速悖論，唯有承認光速不變原理，而且這是一種特殊的不變!而光速不變原理就是相對論的基礎。


  為什麽以前人們沒有發現光這一特殊的性質(實際上是一種假設)?原因就是牛頓絕對時空觀束縛了人們的想象力，而愛因斯坦是掙脫這種束縛，最終破繭成蝶的第一人。


  在愛因斯坦的眼裏，時間和空間是難麽的不一樣。可以，每一個物體就代表著一整套不同的時空，因為時空是受運動速度的影響的，這就是狹義相對論的精髓所在，隻是在低速運動狀態下，各運動物體之間的這種時空區別不是那麽明顯，甚至在現代觀測儀器中顯示不出這種微妙的區別。


  科幻電影中的翹曲速度，超空間或其他技術，能讓飛船超光速飛行，然後進行星際旅校但不幸的是物理學表明科幻電影不能成為科學事實。因為我們可能永遠也無法超過光速，關於為什麽不能超過光速，這可能對於有些人來是個新鮮事。


  愛因斯坦的狹義相對論與質能方程：為什麽光速無法超越？

  如果你熟悉愛因斯坦的相對論，對於靜止不動的物體，你知道E=mc2，你就會理解這個方程或施加的限製。這裏我們先個前提，物理學家們討論的關係是指光在真空中的傳播速度，比如在外太空，這個速度簡稱為c，約為每秒30萬千米每秒。


  愛因斯坦的狹義相對論與質能方程：為什麽光速無法超越？

  為什麽不可能超越真空中的光速呢？這源於愛因斯坦的質能方程，這個方程表明質量和能量是等價的，這意味著物質的質量越大則其蘊含的能量就越大。最重要的是這意味著物質所含能量越大，它的質量也越大。因為運動也是一種能量，就是我們所的動能。所以物質在運動時的質量要略大於相對靜止時的質量。


  愛因斯坦的狹義相對論與質能方程：為什麽光速無法超越？

  根據狹義相對論的質量公式，如果你以一百六十千米每時的速度拋出的一個球，那它的質量會增加將近十萬分之2微克。顯然這個增加量很，但通過方程我們可以看出，隨著物體運動速度接近光速質量的增加將會變得巨大。如果一艘宇宙飛船以90%的光速飛行，那它此時的質量是相對靜止時2倍，這意味著以前必須加倍輸出，才能使飛船加速前進。


  但飛船的速度越高，其能量也越高，質量也就會變得越大，從而需要更多的能量使飛船加速，同時飛船內的一切也變得越來越重。你想想一隻隻有14克左右的手表，當速度達到99.99%的光速時，我猜它會達到多重，大約是31噸。


  好吧，這時候你的手會被拉斷，或者你已經變成了一個大餅，通過方程給看出，如果一艘宇宙飛船到達光速，那麽它的質量是無窮大的，並且將需要無限多的能量來使他前進，顯然這是不可能的。這就是為什麽任何有靜止質量的東西都不可能達到光速。更不用，超越光速。


  愛因斯坦的狹義相對論與質能方程：為什麽光速無法超越？

  那有辦法來解決這個極限嗎？畢竟我們對太空的向往會驅使我們去探索。一些科學家認為諸如速子沒有質量的粒子可以超越光速，光速是這些弟子的最慢速度。然而這些純粹是假象的例子可能根本就不存在。如果你有辦法直接跳躍長距離空間，到達一顆遙遠的行星，那就有可能超越光速，畢竟速度是距離除以時間的值。也許在是空的結構中就存在一種可以穿越的蟲洞，這樣就可以實現超光速旅校


  愛因斯坦的狹義相對論與質能方程：為什麽光速無法超越？