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标题: 29. 相对论
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我是[楼主]
芒果
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注册时间:2008-05-06
黄玉到中科院的物理研究所去拜访了一位专门从事量子物理学研究的研究员。女研究员是中科院最年轻的院士,早年留学于美国时,带她的导师是诺贝尔物理学奖的获得者。
黄玉向女院士请教了一些有关质能转化方面的问题,她就首先向他扼要地介绍了一下相对论。相对论是现代物理学的理论基础之一,是关于物质运动与时间空间关系的理论,20世纪初由爱因斯坦等人在总结前人实验(如迈克耳逊-莫雷实验)的基础上建立和发展起来的。在此之前,人们根据经典时空观(集中表现为伽利略变换)解释光的传播等问题时发生了一系列的矛盾,相对论针对这些问题建立了新的时空观和高速物体的运动规律,对以后物理学的起了重大作用。相对论的主要观点分为两部分,一是狭义相对论(1905年建立),其基本假设是:1,相对性原理,即在任何惯性参考系中自然规律都相同。2,光速不变原理,即在任何惯性体系中,真空中光速c都相同。由此得出时间和空间各量从一个惯性系变换到另一个惯性系时,应该满足洛伦兹变换,并由此得出许多重要结论,如两事件发生的先后或 是否“同时”,在不同参考系看来是不同的,但因果律仍成立;量度物体的长度时,将测到运动物体在其运动方向上的长度要比静止时短,与此同时,量度时间进程时,将看到运动的时钟比静止的时钟行进得慢;物体质量m随速度v的增快而变大;任何物体的速度不能超过光速v;物体的质量m与能量E之间满足质能关系式。以上结论与大量实验事实相符,但只有在高速运动时,效应才显著。在一般情况下,相对论效应极其微小,因此牛顿力学可认为是相对论力学在低速情况下的近似。二是广义相对论(1916年建立),其基本假设是:1,广义相对性原理,即自然定律在任何参考系中都有相同的数学形式。2,等效原理,即在一个小体积范围内的万有引力和某一加速系统中的惯性力相互等效。按照上述原理,万有引力的产生是由于物质的存在和一定的分布状况使时间空间的性质变得不均匀(所谓时空弯曲)所致,并由此建立了引力场理论;而狭义相对论则是广义相对论在引力很弱时的特殊情况。从广义相对论得出的一些重要结论,如水星近日点的旋进规律;光线在引力场中发生弯曲;较强的引力场中时钟较慢(或引力场中光谱向红端运动)等。这些结论和后来的观测结果基本上相符,特别是通过测量雷达波在太阳引力场中往返传播在时间上的延迟,以更高的精密仪器证实了广义相对论的结论。但其中还有诸多问题有待证实。(见《辞海》“相对论”字条)
黄玉虽然在此之前花了不少时间去研读《爱因斯坦文集》,尤其是文集第二卷 中的两篇文章,即1905年发表的论文《论动体的电动力学》和1916年发表的论文《广义相对论的基础》,他更是反复看了多遍。尽管如此,他还只是听了个似懂非懂。于是他就问她:“按照你这么说,一个走得快的人就会比一个走得慢的人更长寿吧?”笑了笑说:“你提的这个问题很有意思。从理论上讲,应该是的,但由于速度太慢,两人之间等于就没有区别。如果让一个人坐进一种速度足够快的飞行器飞行,而另一个人仍旧留在地球上,那么经过若干年后就会发现,在地球上的那个人也许就已经老死了,而那个生活在飞行器里的人则依旧没什么变化。”黄玉听了,也笑着说道:“是不是发明了比光速还快的飞行器,人们就可以超越时空,进入不同的时空世界,变得比孙悟空还厉害呀?”她点了点头。他接着又问道:“根据质能转换关系式,质量都可以转变为能量,能量也都可以转变为质量。如果整个宇宙的物质都转变为了能量,那么整个世界就成了一个没有物质的能量世界。或者也可以说,整个世界就成了一个无影无形的空无世界,宇宙消失了,一切都消失了……”她一边聆听,一边沉思。他见她一脸严肃,就开玩笑说道:“要是人的行走能超过光速,你说人会变成什么样啊?”她听了,沉思了一会儿才答道:“那人可能什么都是又什么都不是。说什么都是,是说人什么都可能,可能成为动物成为物质,也可能成为宇宙成为空无。如果人什么都能成为,那么人也就什么都不是了。你说是不是?”黄玉笑着点了点头。
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