為什麼我們看對方加速度不同會到這這個差異呢？


還是先強調那句話：
我看你在勻加速（你的加速度不變），你看我一定是在變加速（加速度在改變）


相對論中可以計算出：如果我看到用一個地球重力加速度g的勻加速度運動，你會看到我先用一個g加速度加速，然後沒過多久我就在用更大加速度（比如2g）加速，因為你看我是變加速的
既然我加速度越來越快，那麼我從靜止加速到光速用的時間肯定比你一直用同一個加速度值加速要來的快，你認為我當然用時間短，我當然也同意你加速過程耗時更長


所以咱們的時間差距就出來了，就這麼簡單！！！






從這個分析我們可以看出，誰能看到對方加速度變化明顯，誰的鐘錶就會走得更慢
因為你看到我和地球的加速度變化更快（比我看你和飛船的加速度變化快），所以你才是鐘慢的那位


咱們的差異就是這麼來的


從這個雙生子佯謬的粒子，我們可以得出：
運動學物理量的某些不對稱性導致了真實效應




相對論的一大功績是讓我們進一步明確認識到：
一種真實效應是如何從單純的運動學幾何效應產生的，比如前面所說的鐘慢效應，它本來只是雙方觀測對方加速度變化不對稱導致的，並沒有什麼獨立於觀測結論之外的客觀作用導致這個效應
這種真實效應是起源自非客觀存在因素的，無中生有的


其實在經典力學中，著名的科里奧利加速度就是典型的無中生有，它是第一個給物理學家上了一課的物理效應，相對論的效應是第二個

【三】相對論的基本假設


理論永遠是為了解釋現象的，只有當你了解現象和原理之後，你才能理解理論
教科書的講解都是反著來的，先給你理論再讓你去理解現象，你會思維崩潰是必然的，因為這種講法就是想讓你思維短路


為了避免你思維短路，本帖是先講現象後講理論，這樣你才不會有理解障礙，先有了直觀印象，理解理論自然容易
現在咱們開始從前面單純介紹現象和原理，變成介紹一點理論基礎





相對論有兩個基本假設：
第一個：著名的【光速最大】假設
光速永遠最大就意味著它不變
為啥呢？你仔細用屁股想想
如果他能變小就意味著以前曾經有比他大的，他就不叫最大
如果他能變大，就意味著以後能有比他大的，他也不叫最大
而且不管在什麼時間什麼地點，光速說：哥都最大！


第二個：相對性原理
相對性原理的教科書描述很含混，數學描述其實是：運動學坐標變換中，所有變換必須是線性的
稍微好理解點的說法是：物理量的量綱經參照系變換後不變


你會說：好理解個屁！你說的這是什麼鳥語？


其實這個東西用白話文來說就是：
蘋果在所有人看來還是蘋果，只是大小可能有不同，鴨梨在所有人看來也還是鴨梨，也只是大小有不同


就這？？？
沒錯，就這！！


速度從一個觀察者的參照系變換到另一個觀察者的參照系之後，還得是速度，不能變成角動量！！！
這就是所謂的所有人看蘋果都仍然是蘋果，只是大小不同

牛頓理論中，也有第二條【相對性原理】假設，牛頓也同意所有人觀察速度都是速度，不會有一個人把速度看成角動量或者發光強度
永遠不會有個人把蘋果看成鴨梨


但牛頓理論中沒有【光速最大】假設，牛爺以為光速是無窮大的，現在物理上無數實驗表明，真就沒有一個物理量能取無窮大值，這個宇宙里啥都是有限的


因為比相對論少了一個基本假設，牛爺就搞出另外倆假設：
時間間隔永不變，空間間隔永不變
就像咱們喊萬里長城永不倒一樣


如果一把尺長一米，牛爺會告訴你任何人看這把尺長度都是一米


所以牛爺推出了伽利略坐標變換，這變換是伽利略老漢從實驗里總結的，他不知道為啥會這樣，後來牛爺就搞清楚了為啥，就靠他的理論推導


什麼是坐標變換呢？
是這麼回事：
咱倆坐標系制定不同，比如我用北京當坐標原點，你用北極點當坐標原點，所以咱們會對同一個物體給出不一樣的坐標值，如果能找到一個數學公式，從這個物體在我的坐標系裡坐標值直接算出它在你那坐標系裡的坐標值，那這個公式就叫坐標變換了


時間上的坐標也是類似的，你用北京時間，我用華盛頓時間，咱們對同一時刻的計時值會有差別，這就是時間坐標系的規定不同導致的，如果也能找到公式用我的時間算出你的時間，這就叫時間的坐標變換


空間坐標變換和時間坐標變換放一起，就叫參照系變換，從我的時空參照系裡測量的數值算出（變換到）你的時空參照系裡測量的數值




現在你明白為什麼蘋果在參照系變換之後還得是蘋果了，不能變成鴨梨了吧

愛因斯坦用【光速最大】做基礎，也算了一下，最後得出了一個洛倫茲變換，洛倫茲變換是洛倫茲老爺從實驗總結出來的，洛老爺也不知道為啥，愛因斯坦給解釋了，就用他的推導


具體的推導不給大家貼了，了解那個意義不大，甚至洛倫茲變換的形式我也不寫了，但是要提一點請大家有個印象：


牛頓推導出的【伽利略變換】里，時間的坐標變換公式里沒有空間坐標一毛錢的事，空間坐標的坐標變換公式里也沒有時間坐標一毛錢的事，這就是所謂【時間和空間互不影響】


但是愛因斯坦推導出的【洛倫茲變換】里，時間的坐標變換公式里還含有空間坐標，也就是說，空間坐標對時間坐標也有影響。而空間坐標的變換公式里還有時間坐標，所以時間坐標會影響空間坐標


因此科普書會告訴你：相對論中時間和空間是相互影響的，不可分割的


這屁大點事卻導致了大新聞，前面我們說的那些相對論的奇異現象都是時間和空間坐標互相影響導致的

首先是【同時的相對性】：


相對論中所謂同時的相對性，就是說如果你光速飛行，我靜坐在地球上，我看到鳴人拉肚和毛利小五郎長雞眼是同時發生的事情，你卻會認為這倆事情是先後發生的，不管誰先誰後反正你認為不是同時發生


你會問：為什麼咱倆對這兩個事是否同時發生會有這個分歧呢？書上就告訴你是因為咱倆有運動速度差異，而且差異大到接近光速


於是你說：這跟沒解釋有什麼區別？
是的，跟沒解釋一樣




所以一談到這個問題，最終還是要涉及到火車被雷劈的那個相對論的經典問題


假設有一輛光速運動的很長的火車，我（紫色）在站台站著觀察它，你（黃色）卻就坐在火車裡跟著火車光速運動，而且你正好坐在火車正中間，距離火車頭尾一樣遠


我突然在某一時刻看到有兩顆炸雷落在火車車頭前方和車尾後方，落在車頭前方的是紅色炸雷，落在車尾後方的是藍色炸雷，具體這倆炸雷距離我多遠，我不知道
此時你的火車從我身邊駛過，你正好運動到和我相同的位置


然後我可以分析出：
首先我看到炸雷是因為我看到兩個炸雷發出的光，那麼說明這兩種顏色的光（紅藍）同時到達我這
後來我分別前往兩個落雷地點實地勘察，我發現兩個落雷地點到我同時看到兩個閃光的那地點一樣遠
於是我就知道，兩束顏色不同的光傳播了相同距離，花了相同時間到達我處被我看到（因為光速都相同）


火車上的你怎麼看待這件事呢？
可以想像，火車如果是朝著紅雷那邊開，那麼落雷的時候，火車更靠近藍雷落下地點，而遠離紅雷落下地點
那麼這兩個炸雷的兩束光，因為在我看來同時發出（因為它倆同時到達我這，而且傳播距離相等，用時相等，那就必然是同時落下，所以發光是同時的），誰會先到達火車上的你的眼睛裡呢？
肯定是一開始距離火車比較近的藍光


因此，因為你對於我運動了，表明你之前更靠近藍光發射點，而不像我距離兩束光發射點一樣遠，因此藍光先到你眼中，紅光後到達（距離不同，但光速相同）


因此你會認為藍光先發出，紅光後發出


所以我認為兩個炸雷同時落下，你認為有先有後

這種現象用洛倫茲變換來解釋就是：
紅雷和藍雷在我參照系的時間坐標通過洛侖茲變換變到你參照系的時間坐標，需要考慮他倆的坐標位置對時間坐標的影響
雖然他們在我參照系的時間坐標一樣，但空間坐標不同，因為洛倫茲變換里空間坐標對變換後的時間坐標有貢獻，所以空間坐標不同導致了變換後的時間坐標不同
所以你參照系裡兩個雷落地的時間坐標不同，不是同時落地




牛頓理論里怎麼沒有這麼詭異的現象呢？
因為牛頓理論中的光速是可變的，我在地面觀察的光速和你在火車裡觀察的光速不一樣，最後它們保證了兩個雷在你看來也是同時落地


但這個結論在現實里是錯的，因為現實里的光速是不變的，無論你在哪裡測量，這就是詭異的來源
這說明我們用直覺和經驗總結的牛頓理論其實是隱藏了一個大問題的，只是這個問題太隱蔽，不好發現而已
好在物理學家已經實驗測出光速在任何條件下不變，基於這個結論，愛因斯坦鼓搗出了相對論，讓我們意識到牛頓理論也有類似亞里士多德【重物比輕物下落快】的問題

直覺和經驗對人的欺騙性在相對論中還不是特別明顯，雖然相對論顛覆了不少人的時空觀，但是比起量子力學來說，那是小巫見大巫


量子力學那才叫真正的顛覆，直覺和經驗完全無用。。。但量子力學發展出的量子場論是迄今為止實驗支持最好的物理學理論，幾乎是人類有史以來最偉大的發現


科學發展史反覆告訴我們：世界不是我們憑經驗和直覺想的那樣的

【四】光速不可超越的限制----質量增大效應
狹義相對論雖然認為光速最大，但是它自身並沒有運動學的機制來保證光速不被超越



在相對論之前，科學家都沒有認識到慣性質量是幹啥用的，宇宙為啥要產生這麼個屬性，但相對論給出了答案


慣性質量是禁止物體超光速的保險鎖，它本身還有時空效應貢獻


且聽我慢慢道來




假定飛船的推進力只由引擎提供，如果引擎的額定功率恆定，那麼推進力就是不變的
推進力相同的條件下，飛船獲得加速度越大，說明飛船的慣性質量越小（F=ma力是慣性質量和加速度的乘積）
因此，實際上不可能有一艘飛船自始至終勻加速運動，由於它速度越來越高，時間變慢效應越來越嚴重，它的加速本身也是一個物理進程，會隨著時間變慢的加劇而變緩
一艘飛船的加速過程越來越慢，就意味著提升同樣的速度值花費時間更多，這意味著這個飛船的加速度在變小，這也就意味著時間變慢效應導致了我們觀察到飛船的慣性質量在增大


由於飛船越接近光速，時間越趨於停滯，此時加速過程就趨向於無限長，加速度趨於無限小（或說趨於零），由於飛船驅動力不變，顯然飛船質量變得接近無窮大


這就是著名的相對論效應：

慣性質量隨物體運動速度增加而增大，在物體接近光速時，物體質量趨於無窮大
此時再大的動力能給一個無窮大質量的物體提供的加速度也是微乎其微，物體趨於無法繼續加速，假定物體能夠達到光速，此時其質量為無窮大，任何有限推進力提供的加速度都是0


因此，就算把全宇宙的能量都用上，也不能把一個物體加速到超光速

通常我們認為微觀世界的粒子都在高速運動，被某些種束縛力束縛在微觀結構里
由於它們擁有很高速度，因此我們如果考慮相對論的效應的話，這些粒子的慣性質量應該比它們靜止時要大得多


如果讓這些粒子的運動速度降下來，我們就能提取出粒子的動能做有益的事情，但是此時會同時導致這些粒子的質量變小


這就是通過質量虧損獲取能量的基本原理


至於E=mC²的推導，這裡就不介紹了，有興趣的朋友可以去維基百科看

【五】光速飛船的一些問題


1-----光速飛船一定有自己的世界，在這個世界裡，飛船有自己的時間和空間體系，而不受外界時空標準干擾，飛船里的人可以自由活動，也不會被壓扁，飛船自身的世界就是個小宇宙


2-----光速飛船的慣性質量無窮大，沒有什麼外界物體能阻擋它，因為沒有東西能夠使飛船運動狀態發生改變（外界有限力提供的加速度都是0），所以這飛船無可阻擋


3-----飛船不會影響外界任何東西，因為在外界看來，飛船的物理系統時間停滯，飛船的任何物理作用都停止了，不對外界產生任何影響


4------綜上所述，光速飛船就是個影像幽靈，沒什麼能攔截它，它也不影響任何東西，所以它的本質正是一個【像】，而不是飛船本體


5------飛船內部觀測外界，會發現一切東西都消失了，所以外界對飛船沒有任何影響，飛船想要影響外物也是不可能的






如果你看了本文之後能夠自己推論出光速飛船的上述特性，恭喜你，你把本貼完全看懂了




打完收工