相對論篇 【相對論篇-04期】科學“修仙”，縮地成寸，一步千里真的存在嗎？

相信不少小朋友在一些玄幻小說中看到過 當主人公修煉突破至某個境界後 窺探到空間法則 於是就掌握了縮地成寸術能一步千里 事實上,縮地成寸最早是源於中國古代 道教傳說中的一種神仙之術 可以化遠為近,實現遠距離的瞬間移動 關於縮地術的記載 最早出自於近代葛洪寫的《神仙傳》 能縮地脈,千里存在,目前宛然,放之復殊如舊也 扯得有點遠了,小朋友們大家好 今天我們繼續來聊相對論 考慮到之前有小朋友留言 建議這一期來點幼兒園的東西 放心,咱們今天的內容相對比較簡單 絕對不會出現任何公式推導過程 它就是狹義相對論中 跟時間膨脹相對應的另外一個推論 齒縮效應 上一講我們提到,運動的物體會變慢 而長度收縮只是根據時間膨脹效應 在不同參考系視角下所看到的現象而已 我們假想一下 有一個星球距離地球8光年 因此光走到那裡需要8年的時間 而如果我們有一個速度能達到0.8c的飛船 在地球上看,它飛到那個星球就需要10年 但是由於存在時間膨脹效應 在地球上的人看來,飛船上的時間會變慢 所以我們會看到,宇航員在到達星球時 並沒有老了10歲,而是隻老了6歲 即使是在相對論中,事件本身也是絕對的 一個事件,它發生了就是發生了 我們將飛船從地球出發這一刻記作事件1 飛船到達星球記作事件2 注意,這兩個事件都是實實在在發生了的事件 也就是說,無論在哪個坐標系看 在宇航員到達星球時都是隻老了6歲 也就是說,在飛船坐標系中的宇航員自己看來 完成這趟旅行確實只需要6年 那麼問題就來了,同樣是一段距離 我們在地面上看,它應該飛10年才能到 但是在他自己看來,飛6年就到了 而且請注意,不管是在我們的視角還是在他的視角 飛船相對於這段距離的飛行速度都是一樣的,都是0.8c 而時間等於距離除以速度 我們既然已經知道了時間和速度 那麼這就意味著宇航員所看到的這個距離 比我們在地面上看到的要短 而短的程度和時間膨脹的程度其實是一樣的 這就是長度收縮的公式 可以看到它的系數其實就是洛倫茲因子的導數 在這個式子中,右邊的L0就是一個物體的本徵長度 什麼是本徵長度呢? 就是在這個物體在和你相對靜止時所測出來的長度 而式子左邊的這個L 就是在物體相對於你有一個速度時你看到的它的長度 也可以稱之為非本徵長度 需要注意的是,只有在物體運動的方向上才存在齒縮效應 而在和運動所垂直的方向上並不存在齒縮效應 所以,長度也是個相對的概念 一個物體的長度在相對於它靜止的坐標系中是最大的 如果你跟它有一個相對的運動 你會覺得它比相對靜止的時候要短一些 這是什麼概念呢兄弟們? 我們來想像一下 假設你能以接近光速的速度邁出你的腳 那對於你來說 從家裡到學校可能就只需要一步的距離 假設你家和學校距離2000米 一走一步是0.5米 按照上面的式子 只要你邁腳的速度達到光速的99.9875% 你就可以瞬間跨進學校的大門 這不就是傳說中的縮地成寸之術嗎? 但這並不是法術 而是確確實實的科學推導 縱使是千里之外,也能縮短到方寸之間 而當你真正達到光速的那一刻 你便能瞬間移動到宇宙的盡頭 相對論講到現在 我們知道了時間膨脹和長度收縮這兩個效應 它告訴我們空間的長短也好 時間的快慢也罷 都跟坐標繫有關 對於不同坐標系中的觀測者 他們所看到的時間和空間是不一樣的 時空並不是一個客觀的,不變的,一視同仁的大舞臺 每個坐標系下都存在著自己的時空數字 所以,在瞭解了相對論之後 不要還是用我們自己坐標系下的所見所感 去強加於其他坐標系之中 有句話叫做 人類的悲喜並不相通 而現在是,甚至於人類的時空也並不一樣 相對論效應可能不會影響到我們低速下的日常生活 但相對論思想卻可以為我們帶來一點啟發 相對論要求我們在計算前要先進行坐標變換 而我們在交流時 也需要學會多嘗試站在他人的角度去思考問題 這樣,你才能更好地融入這個世界 獲得更深層次的洞見 好了,今天就先到這裡 內容不多,同學們應該都能聽懂 在接下來的視頻中 我們會講到相對的不僅僅是時空 連真實事件所發生的先後順序也可以是相對的 那電影裡的祖母悖論是否可能真實發生呢? 想知道答案的小朋友們,咱們下期再見