狭义相对论,颠覆时空观念(4)
导读
这个与直觉相悖的结论(行驶船只与静止船只上的钟必须以不同的速率嘀嗒)遵循的事实是:在一个移动参照系里的光速和静止参照系里的光速是相同的。尽管以这种方法测量时间很可笑,但无论以何种方式测量,同样的结论...
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这个与直觉相悖的结论(行驶船只与静止船只上的钟必须以不同的速率“嘀嗒”)遵循的事实是:在一个移动参照系里的光速和静止参照系里的光速是相同的。尽管以这种方法测量时间很可笑,但无论以何种方式测量,同样的结论——移动的钟表走得要慢一些——都会成立。如果船长戴着表,他们会观察到同样的事实。
光束在静止船只上和行驶船只上从桅杆顶部反射下来的路径,在静止的观察者(在岸边停泊的船上或是在灯塔里)看来,行驶船只上光束走过的路径会更长。
尽管上面的例子是想象的,但其描述的现象真正产生了可测量的结果。例如,狭义相对论使快速运动的物体经历了不同的时间,这种现象叫作时间膨胀。
物理学家在研究对撞机或大气产生的基本粒子时,测量了时间膨胀。这些粒子是以相对论速度,接近光速穿行的。例如,被称作μ子的基本粒子与电子有相同的电荷,但它更重,而且会衰变(即它会转变为其他更轻的粒子)。μ子的寿命,即在其衰变之前的时间,只有2微秒。如果一个运动的μ子与一个静止的μ子有着同样长的寿命,那么在它消失之前,它就只能穿行600米,但μ子成功穿过了大气,在对撞机里直达大型探测仪的边缘。因为它接近光速的高速运动,使其寿命在我们看来要长许多。在大气中,μ子穿行的距离至少是在基于牛顿原理的宇宙里穿行距
离的10倍。我们能看到μ子,这一事实本身就证实了时间膨胀(及狭义相对论)产生了真切的物理效应。
狭义相对论之所以重要,既因为它与经典物理理论有着巨大差异,也因为它是广义相对论和量子场论发展的基础,而这两者在最近的研究进展中都发挥了重要作用。
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