一哥儿们和他前女友分手了。100天纪念日,前女友给他发了条短信:我在老地方等你。结果,前女友在海边吹了一下午风,这哥儿们在快捷酒店住了3天。
这是一个悲伤的故事。
1|视角
男朋友:你刚买的洗面奶是生姜味的?
妹子的心理活动:怎么这么蠢,连青柠和生姜都分不清……哼!你不喜欢吃生姜,我做菜一直都记着不放姜……对了,我不爱吃青椒,你就是记不住……你的前女友不喜欢吃豆芽,你居然记得一清二楚……一点都不把我当回事,气死我了。
妹子的反应:你自己一个人过吧!然后,妹子开始气哼哼的收拾东西,准备离开。
男朋友:(一脸懵逼)。
对同一个事件,看待它的角度,或者说坐标系不同,就会得出完全不同的结论。
坐标系,在牛顿和爱因斯坦那里,都是一个极端重要的概念。
牛老师说,脱离坐标系谈运动是没有意义的。
爱老师说,不单是运动,脱离了坐标系,谈距离、速度、时间、空间、质量、能量都是没有意义的。
如果你能理解妹子为什么莫名其妙翻脸,那你就差不多理解了一半的相对论。
反过来,如果你理解了相对论,那么…………你九成还是觉得你女朋友莫名其妙。
2|坐标系
坐标系,说人话就是“这件事儿是相对于谁的”。
假设,你在以每小时50公里匀速直线行驶的游轮上,建立一个坐标系研究物理学,我在地面的实验室里,进行同样的研究。咱俩其实是对等的,你相对于游轮是静止的,我相对于地面是静止的,研究得出的结论是一样的。
但是,从坐标系转换的角度看,游轮上的你相对于地上的我是运动的。假如你向前射出一支箭,箭相对于你的速度是每小时360公里,那相对于我就是每小时 360 + 50 = 410 公里。
不跳出自己的坐标系,单凭一个射箭、抛小球之类的实验,是无法区分运动和静止的——速度都是相对的。
3|麦克斯韦
19世纪,物理学家对电磁现象的研究,在一点一滴的增加。他们观察一个又一个现象,得出一个又一个论断。每一个论断都有效,放到一起又显得杂乱无章。
这时,又一位大伽出现了,他就是麦克斯韦。
1860年代初期,麦克斯韦提出一组总共4个方程——著名的麦克斯韦方程组——将所有的电磁现象囊括其中,并用纯理论推导出电磁波的存在。
麦老师并没有停下脚步,接下来,他计算出电磁波的传播速度。计算的结果,他发现,电磁波的速度和光速是一样的。
于是,麦老师大胆宣称,光,其实就是电磁波。后来的实验证明,他猜对了。我们平时所见的可见光,无非是特定频率的电磁波。
麦克斯韦先是统一了电和磁,然后统一了光和电磁场。
这样,物理学的逻辑结构就变得更简单了。牛顿力学加上麦克斯韦电磁学,我们身边的一切物理现象,几乎都被理解了。
但是,在麦克斯韦的发现里,蕴含着一个危机。
4|光速
麦老师计算出了光速,一个本来不该出现的问题出现了。
请问麦老师,您计算出来的这个光速,是“相对于”谁的呢?
从逻辑角度,我们不能脱离坐标系谈速度,光速自然也应该有一个参照物。
按照我们的直觉,光速肯定是相对于光源的。你打开手电筒,射出去一束光,那这个光速肯定是相对于手电筒呀。
然而,然而,物理学家的试验结果证明,似乎哪里出了岔子——
天体中有一种“双星系统”,两个临近的恒星互相绕着对方旋转。从我们这里观察,就总有一颗恒星在朝我们而来,另一个恒星离我们而去。
如果光速是相对于光源的速度,那么朝我们而来的这颗恒星,光速就应该更快一点,而离我们远去的恒星,光速就应该更慢一点。
这个很容易理解,朝向我们的恒星要叠加上它自己的速度,离开我们的恒星要减去它远去的速度。两个光速应当是不一样的。
可是,天文学家观测了各种双星系统发现,两颗恒星的光速始终都是一样的!这就是说,光速和光源的速度居然没有一毛钱关系。
那么,光速的参照系是什么,光速到底是相对于谁的呢?
(万维钢《精英日课》笔记)