为什么我们看对方加速度不同会到这这个差异呢？


还是先强调那句话：
我看你在匀加速（你的加速度不变），你看我一定是在变加速（加速度在改变）


相对论中可以计算出：如果我看到用一个地球重力加速度g的匀加速度运动，你会看到我先用一个g加速度加速，然后没过多久我就在用更大加速度（比如2g）加速，因为你看我是变加速的
既然我加速度越来越快，那么我从静止加速到光速用的时间肯定比你一直用同一个加速度值加速要来的快，你认为我当然用时间短，我当然也同意你加速过程耗时更长


所以咱们的时间差距就出来了，就这么简单！！！






从这个分析我们可以看出，谁能看到对方加速度变化明显，谁的钟表就会走得更慢
因为你看到我和地球的加速度变化更快（比我看你和飞船的加速度变化快），所以你才是钟慢的那位


咱们的差异就是这么来的


从这个双生子佯谬的粒子，我们可以得出：
运动学物理量的某些不对称性导致了真实效应




相对论的一大功绩是让我们进一步明确认识到：
一种真实效应是如何从单纯的运动学几何效应产生的，比如前面所说的钟慢效应，它本来只是双方观测对方加速度变化不对称导致的，并没有什么独立于观测结论之外的客观作用导致这个效应
这种真实效应是起源自非客观存在因素的，无中生有的


其实在经典力学中，著名的科里奥利加速度就是典型的无中生有，它是第一个给物理学家上了一课的物理效应，相对论的效应是第二个

【三】相对论的基本假设


理论永远是为了解释现象的，只有当你了解现象和原理之后，你才能理解理论
教科书的讲解都是反着来的，先给你理论再让你去理解现象，你会思维崩溃是必然的，因为这种讲法就是想让你思维短路


为了避免你思维短路，本帖是先讲现象后讲理论，这样你才不会有理解障碍，先有了直观印象，理解理论自然容易
现在咱们开始从前面单纯介绍现象和原理，变成介绍一点理论基础





相对论有两个基本假设：
第一个：著名的【光速最大】假设
光速永远最大就意味着它不变
为啥呢？你仔细用屁股想想
如果他能变小就意味着以前曾经有比他大的，他就不叫最大
如果他能变大，就意味着以后能有比他大的，他也不叫最大
而且不管在什么时间什么地点，光速说：哥都最大！


第二个：相对性原理
相对性原理的教科书描述很含混，数学描述其实是：运动学坐标变换中，所有变换必须是线性的
稍微好理解点的说法是：物理量的量纲经参照系变换后不变


你会说：好理解个屁！你说的这是什么鸟语？


其实这个东西用白话文来说就是：
苹果在所有人看来还是苹果，只是大小可能有不同，鸭梨在所有人看来也还是鸭梨，也只是大小有不同


就这？？？
没错，就这！！


速度从一个观察者的参照系变换到另一个观察者的参照系之后，还得是速度，不能变成角动量！！！
这就是所谓的所有人看苹果都仍然是苹果，只是大小不同

牛顿理论中，也有第二条【相对性原理】假设，牛顿也同意所有人观察速度都是速度，不会有一个人把速度看成角动量或者发光强度
永远不会有个人把苹果看成鸭梨


但牛顿理论中没有【光速最大】假设，牛爷以为光速是无穷大的，现在物理上无数实验表明，真就没有一个物理量能取无穷大值，这个宇宙里啥都是有限的


因为比相对论少了一个基本假设，牛爷就搞出另外俩假设：
时间间隔永不变，空间间隔永不变
就像咱们喊万里长城永不倒一样


如果一把尺长一米，牛爷会告诉你任何人看这把尺长度都是一米


所以牛爷推出了伽利略坐标变换，这变换是伽利略老汉从实验里总结的，他不知道为啥会这样，后来牛爷就搞清楚了为啥，就靠他的理论推导


什么是坐标变换呢？
是这么回事：
咱俩坐标系制定不同，比如我用北京当坐标原点，你用北极点当坐标原点，所以咱们会对同一个物体给出不一样的坐标值，如果能找到一个数学公式，从这个物体在我的坐标系里坐标值直接算出它在你那坐标系里的坐标值，那这个公式就叫坐标变换了


时间上的坐标也是类似的，你用北京时间，我用华盛顿时间，咱们对同一时刻的计时值会有差别，这就是时间坐标系的规定不同导致的，如果也能找到公式用我的时间算出你的时间，这就叫时间的坐标变换


空间坐标变换和时间坐标变换放一起，就叫参照系变换，从我的时空参照系里测量的数值算出（变换到）你的时空参照系里测量的数值




现在你明白为什么苹果在参照系变换之后还得是苹果了，不能变成鸭梨了吧

爱因斯坦用【光速最大】做基础，也算了一下，最后得出了一个洛伦兹变换，洛伦兹变换是洛伦兹老爷从实验总结出来的，洛老爷也不知道为啥，爱因斯坦给解释了，就用他的推导


具体的推导不给大家贴了，了解那个意义不大，甚至洛伦兹变换的形式我也不写了，但是要提一点请大家有个印象：


牛顿推导出的【伽利略变换】里，时间的坐标变换公式里没有空间坐标一毛钱的事，空间坐标的坐标变换公式里也没有时间坐标一毛钱的事，这就是所谓【时间和空间互不影响】


但是爱因斯坦推导出的【洛伦兹变换】里，时间的坐标变换公式里还含有空间坐标，也就是说，空间坐标对时间坐标也有影响。而空间坐标的变换公式里还有时间坐标，所以时间坐标会影响空间坐标


因此科普书会告诉你：相对论中时间和空间是相互影响的，不可分割的


这屁大点事却导致了大新闻，前面我们说的那些相对论的奇异现象都是时间和空间坐标互相影响导致的

首先是【同时的相对性】：


相对论中所谓同时的相对性，就是说如果你光速飞行，我静坐在地球上，我看到鸣人拉肚和毛利小五郎长鸡眼是同时发生的事情，你却会认为这俩事情是先后发生的，不管谁先谁后反正你认为不是同时发生


你会问：为什么咱俩对这两个事是否同时发生会有这个分歧呢？书上就告诉你是因为咱俩有运动速度差异，而且差异大到接近光速


于是你说：这跟没解释有什么区别？
是的，跟没解释一样




所以一谈到这个问题，最终还是要涉及到火车被雷劈的那个相对论的经典问题


假设有一辆光速运动的很长的火车，我（紫色）在站台站着观察它，你（黄色）却就坐在火车里跟着火车光速运动，而且你正好坐在火车正中间，距离火车头尾一样远


我突然在某一时刻看到有两颗炸雷落在火车车头前方和车尾后方，落在车头前方的是红色炸雷，落在车尾后方的是蓝色炸雷，具体这俩炸雷距离我多远，我不知道
此时你的火车从我身边驶过，你正好运动到和我相同的位置


然后我可以分析出：
首先我看到炸雷是因为我看到两个炸雷发出的光，那么说明这两种颜色的光（红蓝）同时到达我这
后来我分别前往两个落雷地点实地勘察，我发现两个落雷地点到我同时看到两个闪光的那地点一样远
于是我就知道，两束颜色不同的光传播了相同距离，花了相同时间到达我处被我看到（因为光速都相同）


火车上的你怎么看待这件事呢？
可以想象，火车如果是朝着红雷那边开，那么落雷的时候，火车更靠近蓝雷落下地点，而远离红雷落下地点
那么这两个炸雷的两束光，因为在我看来同时发出（因为它俩同时到达我这，而且传播距离相等，用时相等，那就必然是同时落下，所以发光是同时的），谁会先到达火车上的你的眼睛里呢？
肯定是一开始距离火车比较近的蓝光


因此，因为你对于我运动了，表明你之前更靠近蓝光发射点，而不像我距离两束光发射点一样远，因此蓝光先到你眼中，红光后到达（距离不同，但光速相同）


因此你会认为蓝光先发出，红光后发出


所以我认为两个炸雷同时落下，你认为有先有后

这种现象用洛伦兹变换来解释就是：
红雷和蓝雷在我参照系的时间坐标通过洛仑兹变换变到你参照系的时间坐标，需要考虑他俩的坐标位置对时间坐标的影响
虽然他们在我参照系的时间坐标一样，但空间坐标不同，因为洛伦兹变换里空间坐标对变换后的时间坐标有贡献，所以空间坐标不同导致了变换后的时间坐标不同
所以你参照系里两个雷落地的时间坐标不同，不是同时落地




牛顿理论里怎么没有这么诡异的现象呢？
因为牛顿理论中的光速是可变的，我在地面观察的光速和你在火车里观察的光速不一样，最后它们保证了两个雷在你看来也是同时落地


但这个结论在现实里是错的，因为现实里的光速是不变的，无论你在哪里测量，这就是诡异的来源
这说明我们用直觉和经验总结的牛顿理论其实是隐藏了一个大问题的，只是这个问题太隐蔽，不好发现而已
好在物理学家已经实验测出光速在任何条件下不变，基于这个结论，爱因斯坦鼓捣出了相对论，让我们意识到牛顿理论也有类似亚里士多德【重物比轻物下落快】的问题

直觉和经验对人的欺骗性在相对论中还不是特别明显，虽然相对论颠覆了不少人的时空观，但是比起量子力学来说，那是小巫见大巫


量子力学那才叫真正的颠覆，直觉和经验完全无用。。。但量子力学发展出的量子场论是迄今为止实验支持最好的物理学理论，几乎是人类有史以来最伟大的发现


科学发展史反复告诉我们：世界不是我们凭经验和直觉想的那样的

【四】光速不可超越的限制----质量增大效应
狭义相对论虽然认为光速最大，但是它自身并没有运动学的机制来保证光速不被超越



在相对论之前，科学家都没有认识到惯性质量是干啥用的，宇宙为啥要产生这么个属性，但相对论给出了答案


惯性质量是禁止物体超光速的保险锁，它本身还有时空效应贡献


且听我慢慢道来




假定飞船的推进力只由引擎提供，如果引擎的额定功率恒定，那么推进力就是不变的
推进力相同的条件下，飞船获得加速度越大，说明飞船的惯性质量越小（F=ma力是惯性质量和加速度的乘积）
因此，实际上不可能有一艘飞船自始至终匀加速运动，由于它速度越来越高，时间变慢效应越来越严重，它的加速本身也是一个物理进程，会随着时间变慢的加剧而变缓
一艘飞船的加速过程越来越慢，就意味着提升同样的速度值花费时间更多，这意味着这个飞船的加速度在变小，这也就意味着时间变慢效应导致了我们观察到飞船的惯性质量在增大


由于飞船越接近光速，时间越趋于停滞，此时加速过程就趋向于无限长，加速度趋于无限小（或说趋于零），由于飞船驱动力不变，显然飞船质量变得接近无穷大


这就是著名的相对论效应：

惯性质量随物体运动速度增加而增大，在物体接近光速时，物体质量趋于无穷大
此时再大的动力能给一个无穷大质量的物体提供的加速度也是微乎其微，物体趋于无法继续加速，假定物体能够达到光速，此时其质量为无穷大，任何有限推进力提供的加速度都是0


因此，就算把全宇宙的能量都用上，也不能把一个物体加速到超光速

通常我们认为微观世界的粒子都在高速运动，被某些种束缚力束缚在微观结构里
由于它们拥有很高速度，因此我们如果考虑相对论的效应的话，这些粒子的惯性质量应该比它们静止时要大得多


如果让这些粒子的运动速度降下来，我们就能提取出粒子的动能做有益的事情，但是此时会同时导致这些粒子的质量变小


这就是通过质量亏损获取能量的基本原理


至于E=mC²的推导，这里就不介绍了，有兴趣的朋友可以去维基百科看

【五】光速飞船的一些问题


1-----光速飞船一定有自己的世界，在这个世界里，飞船有自己的时间和空间体系，而不受外界时空标准干扰，飞船里的人可以自由活动，也不会被压扁，飞船自身的世界就是个小宇宙


2-----光速飞船的惯性质量无穷大，没有什么外界物体能阻挡它，因为没有东西能够使飞船运动状态发生改变（外界有限力提供的加速度都是0），所以这飞船无可阻挡


3-----飞船不会影响外界任何东西，因为在外界看来，飞船的物理系统时间停滞，飞船的任何物理作用都停止了，不对外界产生任何影响


4------综上所述，光速飞船就是个影像幽灵，没什么能拦截它，它也不影响任何东西，所以它的本质正是一个【像】，而不是飞船本体


5------飞船内部观测外界，会发现一切东西都消失了，所以外界对飞船没有任何影响，飞船想要影响外物也是不可能的






如果你看了本文之后能够自己推论出光速飞船的上述特性，恭喜你，你把本贴完全看懂了




打完收工