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相对论史话追光实验速度变换光速it |
分类: 相对论史话 |
还记得前面那个追光实验吗?我们就从它出发,说说相对论的效应。假设一个光源同时发出2个光子,各自以光速c飞行,那么其中一个光子看另外一个光子的速度是什么?相对论速度变换告诉我们,还是c,无论这两个光子的速度方向如何。
这好像和我们日常的感觉不大一样。我们通常认为,当两辆汽车同方向行驶时,他们之间的相对速度会变小;反方向行驶时,他们之间的相对速度会变大。在相对论的世界里,这一条规律仍然成立,不过变小或变大的数量却不像经典物理里那么大,甚至于当其中一辆车的速度是光速c时,无论另外一辆车的速度是多少,他们之间的相对速度永远保持为c。
请注意,这里的相对速度是有明确定义的,当我们在一辆汽车上测量另外一辆汽车的速度时,所得到的结果称为这两辆汽车的相对速度。我们也可以在地面测量出两辆汽车相对行驶的速度,在经典力学里,这个速度的大小与前面说的相对速度相同,但在相对论力学中却完全不一样。还用第一段的例子,如果两个光子按相反的方向飞行,那么在地面上的我们可以测量出在第一秒末,两个光子已经相距60万公里,在地面上的观察者看来,他们之间相对的速度是2c。但如果是在其中一个光子上观察,根据光速不变原理,另外一个光子的速度没有变化,还是c,第一秒末,两个光子的相距是30万公里。
看到这里,您不禁要问了,到底是60万公里,还是30万公里?第一秒末这两个光子到底在哪里应该是有定论的呀,为什么会出现这样截然不同的结果呢?其实两个结果都对,因为在相对论的世界里,时间和空间都不再是绝对的了,在不同的参考系中测量,会得到不同的结果,让我们先把这个问题留着,看看后面的讨论。