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糜克定与朋友们一道讨论科学人生

 
 
 

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糜克定: 退休物理教师,原江苏省电教研究会理事、中国物理学会会员、连云港市电化教育馆馆长,曾编导、监制《中学教师语言修养与训练》等52小时电视教材在中国教育电视台卫星播出。撰稿与编导10小时的电视教材《小学数学新课导入》选为联合国儿童基金会远程教育项目教材。退休后,又有编制《小学科学助教助学》、《体育与健康》、《伟大祖国》等近260G的结构性网络资源及网络“超媒体”教材等成果。 自办公益网站:《糜克定》的科学园》 http://mkd.lyge.cn/

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爱因斯坦的思想实验  

2010-09-01 20:56:11|  分类: 科学与人文 |  标签: |举报 |字号 订阅

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      爱因斯坦的思想实验 - 糜克定 - 我的博客

 

         为了更好地解释狭义相对论,爱因斯坦设计了一个著名的思想实验。所谓思想实验,就是在地球上的实验室无法实现的条件下作的假想实验,因为跨入二十世纪以来,人们对通常状态下的物质研究几乎穷尽,动辄就研究绝对零度的低温或者上亿度的高温,速度接近光速的运动或者万万分之一米长度的空间。这对爱因斯坦这位思想大师来说轻车熟路,并很快成为他在学术上进攻或者防守的利器。
  爱因斯坦这样假设:"观察者M站在铁路边上,在沿火车前进方向上有一个点B,在运动相反方向同样距离上有一点A,某一时刻A和B同时闪电,观察者M自然认定这两个点是同时闪光的,因为光的传播速度不变,而他又恰好站在两个闪光点的中心。"
   "假定在闪电时,有一列车从A点到B点方向运动。在两道闪电的一刹那,在火车内的观察者N恰好在与地面观察者M相对的位置上,但N正向闪光点B 运行,而离开闪光点A,自然他看到B点的闪光比A点的早,但他知道他是在运动中的,根据自己运动的速度,也很容易得出两道光是同时发生的结论。"
  但根据前面两个基本假设,同样可想,火车是静止的,而地面正在向后运动。因此,火车上的观测者N是相继看到那些闪光的,因而他得出B点发光比A 点早的结论。他又知道自己的位置是在两个闪光的中间,由于他认为自己是静止的,所以他不得不断定他看到的头一个闪光比他看见的下一个早。"
  有趣的是地面上的观测者M也不能不同意这个结论,他的确看见两个闪光是同时发生的。但既然现在他是被假定运动着的。当他考虑到光速和他是在向发光的A点运动着这一事实,也作出B点闪光比A点早的结论。
  总之一句话,对于闪电是否同时发生的问题,我们不能一口咬定是或不是,而是要就选定的参考系来回答。  
  你可能已经迷惑了,但再往下推导更会导致你意想不到的结论。比如说"尺缩效应"和"钟缓效应","质增效应"。"尺缩效应"指在你面前有把尺子,当它相对你运动的时候,你会发现它的长度缩短。
  而"钟缓效应"指在运动的参考系里时钟会变慢。比如,在地面上和飞机上各有一人手那时钟,这时飞机上一只鸡蛋落在机舱的地板上。从鸡蛋脱手的那一瞬间开始,机上和地上的人同时开始记时,到落地时止。结果是地面上的人测出的时间长一些。换句话说,在地面静止的人看来,处于运动状态的物体时间变慢。
   "质增效应"是指运动中的物体质量增加。譬如一筐一斤重的鸡蛋,如果它飞得足够快,我们在地面上静止的人称来重量会达到五斤。它飞得更快的话,会毫不犹豫地将地球上最大的磅秤压歪。但它永远也到不了光速,不光是鸡蛋,任何有质量的物质的速度都绝对达不到光速。光也是一种物质,它的速度之所以能臻极限,原因就是光本身静止时是没有质量的。当然,你若据次推理出质量越小的物质跑得越快,显然是荒谬的。

       至此相对论的费解可见一斑。而在爱因斯坦出名后,有一段时间里很多人在"弄懂"了自己的相对论后,忙不迭地再向自己的亲友介绍。
  还是有部分人自始至终地困惑。一次,一位大学生找到爱因斯坦请教为何时间时快时慢。爱因斯坦不愿再制造玄想,他的幽默发挥了作用,"朋友,当你夏天坐在一个火炉旁,你会觉得一分钟是一小时,而当你坐在一个美丽女郎身边时,一小时就象一分钟,难道不是这样么?"

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