相对论,本质上是关于时空的理论。

其实时空跟我们寻常想象的完全不同。

正是因为有了相对论,我们才知道有黑洞这种东西,我们才知道空间居然会膨胀,我们才知道宇宙有个起源。

相对论的结论:

  • 质能转换公式:质量与能量可以根据 E=mc^2 转换.

  • 光速不可超越:打到光速是质量会无限大.

  • 光速不变原理:在任何参考系中观察,光速永远是个常数.

  • 速度越快时间越慢:由光速不变原理得出.

  • 尺缩效应:接近光速时物体会被压缩.

  • 引力使光线弯曲.

  • 大质量物体使时空弯曲.

 


思想实验

思想实验是思考者的法宝,为啥一些人特别有“洞见”,就是因为他们会思想实验。

其实我们都接触过一个思想实验(小学语文课本):

相对论
其实伽利略没有做过这个实验,这只是一个思想实验呢。

伽利略的落体实验:让两个不同重量的球同时下落,看谁先落地(亚里士多德物理学认为重球落得更快)。

我们可以在大脑里还原这个过程,如果重的物体下落的速度比轻的物体快,那么重的石头A的下落速度就大于轻的石头B。
~
如果我们把B系到A上,那么在下落时B就会像一个赘物那样拖慢A的速度。
~
但是,A和B系在一起之后的总重量大于A,因此两者一同下落的速度也要大于A自身的下落速度。
~
于是,我们得出结论:把B和A系在一起之后,它们的下落速度既大于又小于A的下落速度。
~
矛盾。
~
所以实验证明了(在忽略摩擦的情况下) 重的物体的下落速度并不比轻的物快。

这就是思想实验的魅力,除了伽利略的落体实验历史上还有很多的思想实验:

著名的思想实验
电车难题 薛定谔的猫 中文房间
爱因斯坦的光线 缸中之脑 猴子和打字机
特修斯之船 定时炸弹 空地上的奶牛

虽然思想实验是科学家的技能之一,可思考其实是件难事,有些问题让人一思考就头疼。

所以,观察了很多很多的程序员。发现那些【让别人感慨:“真的聪明”】的人,有一个共同点,就是解决问题的方法特别的多。

方法多的人若遇到一个问题,会用自己惯用的各种方法去尝试解决问题,一种不行就换另一种,在不断尝试的过程中加深对问题的认识,最终找到适合这个问题的解决方法,甚至创造出新的方法。

而那些让人感觉有点“笨”的人,往往是方法不多,几种方法试过不行之后就手足无措了。其实这和智商没有太大关系,方法集的形成主要是经验积累,自己多学、多做、多思考,举一反三,或者是从其他人那里学到经验,加入到自己的方法集中。

在数学定理中,恰好也有一个定理证明了:对任何一个问题,都存在一个能让答案一目了然、脱颖而出的视角。

一道难题摆在面前,可能当前谁都不知道怎么解决,但是您要相信,总有一个视角,会让答案看上去那么简单,能够脱颖而出。

视角,决定了问题的难度;也许普通人和大神差的只是一个视角及寻找视角的方法。

如果想增加视角,推荐看看《直觉泵和其他思考工具》(书籍)、《喾哲》。

 


运动还是静止?

学过中学物理的人,应该了解运动和静止其实是一回事。

如果是一个理想的光滑平面,上面的一个滚动的乒乓球会一直前进。

生活中的乒乓球之所以会停下来,那是因为平面给它提供了摩擦力。

一直动不停,无需解释;动着动着停下了,才需要有个原因。

请【player】做好准备,思想实验一:

假设【您】在一艘速度特别快的飞机上,虽然再飞但出奇的平稳,不会有任何颠簸(和静止时一样)。

如果飞机是全封闭的,看不到外面,那【player】该如何确定飞机是再飞还是静止不动 ?

其实判断不出来,比如我们把球抛到空中,在静止的情况下,球会落到手上;可在封闭的飞机里也相同,球也会落到手上。

因为没有受到其它力的作用(惯性定律),运动和静止的情况就是一样的。

只要飞机的速度平稳不发生变化,我们就无法判断飞机是运动还是静止的。

其实这个飞机就是我们的地球 ????,地球绕太阳公转的速度是每秒 29.8 公里(比飞机快很多),但因为地球走得几乎是一条直线,我们完全感觉不到TA正在高速前进。

如果真要判断飞机是运动还是静止,就不能和飞机处于同一坐标系(在飞机里面),要在飞机外面才能弄清楚。

 


光速不变原理:在任何参考系中观察,光速永远是个常数.

我们回到飞机上,现在建立俩个坐标系:

  • 【player 1】的坐标系建立在飞机上;
  • 【player 2】的坐标系建立在地面上;

请【player 1】向着飞机前进的方向射一支箭(箭:360公里/时,飞机:1000公里/时)。

因为【player 1】在飞机上,飞机相对于【player 1】是静止的;而【player 2】在地面上,飞机相对于【player 2】是运动的。

箭的速度相对于【player 1】是 每小时 360 公里(感受不到飞机的速度),箭的速度相对于【player 2】是 每小时 1360公里(360 + 1000)。

没错吧,现在假设在飞机里的【player 1】不是向飞机前进的方向射出一支箭而是用手电筒???? 打出一束光(光:299,792,458 米/秒.),那么这束光的速度相对于【player 1】、【player 2】分别是多少呢?

对【player 1】来说,光速是每秒 30 万公里,对【player 2】来说,光速是却不是[光+飞机的速度],因为物理学家发现,无论相对速度有多快,无论是【player 1】还是【player 2】来测量,这束光都是每秒 30 万公里。

难道速度有极限 ???

我也不清楚,因为爱因斯坦给的是一个断言、一个直觉,光速是常数。

常数即恒定,在任何参考系中观察,光速永远是个常数,c = 299,792,458 米/秒。

复旦大学的【严锋】曾经调侃,说我们这个宇宙其实是一个计算机模拟,因为系统的计算能力有限,所以必须给光速设这么一个上限。

但是从物理学角度,我们知道光速其实是从麦克斯韦方程组解出来的,那是这几个数学方程的一个漂亮的性质。

光速怪异,首先应该问为什么麦克斯韦方程组是这样的,为什么能解出电磁波来。

为什么一个带电粒子做点有变化的运动,就会产生光 ?

很多东西需要一个直觉…
 


速度越快时间越慢:由光速不变原理得出.

 


尺缩效应:接近光速时物体会被压缩.

 


质能转换公式:质量与能量可以根据 E=mc^2 转换.

 


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