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光的這壹特性完全顛覆了傳統認知,也讓愛因斯坦敲開了相對論的大門。

光明無處不在。

人類科學的發展史幾乎就是光的研究史,因為光很可能是宇宙終極奧秘的鑰匙。

正是通過對光的研究,愛因斯坦利用光的壹種顛覆性的特性,敲開了狹義相對論的大門。

我們來看看愛因斯坦是如何展示他天才的大腦,然後提出顛覆性的思維方式的。

以我們日常生活的體驗為例,比較好理解。

妳正以每小時100公裏的速度在高速公路上行駛。

當太陽下山,天黑了,妳就開燈。因為到了晚上,妳會把速度降下來,松開油門就可以了,妳會感覺到速度的變化,汽車的速度也可以顯示在儀表盤上。

現在假設妳的車裝了某種高科技雷達,可以精確測量大燈發出的光速,顯示是每秒30萬公裏。

當妳減速的時候,大燈的速度會變慢嗎?

按照我們的傳統經驗,應該是下跌,可以用初中數學的相對速度來解釋。而如果妳再加速,光速應該也會加速。

但其實不管是加速還是減速,大燈發出的光的速度都是恒定的,每秒30萬公裏。運行模式的改變對光速沒有影響!

這就相當於妳拿著手電筒跑,我還在地上。對我來說,手電筒發出的光的速度還是光速,而不是光速+妳跑步的速度!

為什麽會這樣?為什麽光這麽特別?為什麽光速不與任何速度重疊?還是光速和任意速度疊加後還是光速?

這時候愛因斯坦天才般的大腦就體現的淋漓盡致了。

愛因斯坦認為,光之所以如此特殊,是因為時間和空間共同作用,它們可以相互“合作”做出相應的調整,以確保光速在任何狀態下都保持不變。

因此,為了保證光的絕對性,時間和空間不能是絕對的,而必須是相對的。換句話說,時間和空間有壹定的彈性,可以隨時改變。

為什麽我們在日常生活中感受不到時空的變化?

因為我們的速度太低了,相對於光速幾乎可以忽略不計。如果妳以亞光速飛行,妳看到的會完全不同。

也是妳剛才開車的例子。這壹次,速度不再是每小時100公裏,而是亞光速。站在地上壹動不動,我會看到妳的車長變短了,不到壹米長甚至更短,妳戴在手上的手指針也開始變慢了。妳的壹切在我看來都是慢動作!就算妳只是打了個噴嚏,大概也花了我幾分鐘!

對妳來說,妳沒有感覺到妳的時間變慢了。但是,當妳從車裏往外看的時候,妳會突然感覺到異常的現象,時空突然發生了劇烈的變化,壹切似乎都在加速,就像電影裏的快進壹樣。與此同時,外面的物體變長了。

上述“異常”情況的目的只有壹個:迎合“調皮”的光速,保持光速不變。

這就是光速不變的原理。任何運動狀態和任何參考系下的光速都是光速!

基於這壹原理和相對論原理,愛因斯坦提出了狹義相對論,徹底顛覆了人們的傳統認知。

光速不變的原理其實包含了更深刻的思想。

光速第壹次將時間和空間聯系起來。光速、時間和空間緊密地“聯合”在壹起,其中光速就像“老大”。無論外面發生什麽,都是“不動”的。時間和空間就像兩個“跟隨者”。為了保證老大的光速“不動”,我不得不做出相應的調整。

這其實隱含了壹個更重要的物理現實:妳、我、宇宙萬物,其實都在以光速運動!

妳可能會質疑:別鬧了,博爾特百米速度只有9.58秒,怎麽可能光速移動?

註意我說的“光速運動”的背景是“四維時空”,不是“三維空間”。博爾特百米速度的背景只是“空間速度”,不包括時間這個維度。

在四維時空的背景下,我們都在以光速不斷運動。這句話怎麽理解?

狹義相對論告訴我們,時間和空間是壹個有機整體,速度會影響時間和空間。速度越快,時間過得越慢。

當妳靜止的時候,妳只是靜止在空間維度裏,而妳卻壹直在時間維度裏以光速前進,妳壹直隨著時間的長河奔向未來!

妳可能會說:我不想時間過得太快,可以慢壹點嗎?

當然,只要妳在空間維度上動作快,就壹定夠快。當妳的速度無限接近光速時,時間趨於靜止。

空間和時間的關系可以通俗的理解為:它們就像兩個方向的速度合成,時空速度合成的最終結果就是光速!

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