浅谈相对论更新ing

Posted 2021-03-09 crab-in-the-northeast

前言

我是通过乐乐课堂学习相对论的冰山一角的，在此感谢！

物理学可以分为两个阶段：经典物理学和近代物理学。像牛顿力学、光学、热学、电磁学，都是20世纪以前的科学家努力的成果。20世纪初，著名物理学家威廉汤姆逊甚至这样宣称：

科学的大厦已经基本完成，未来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以啦！

但汤姆逊也同时指出：

在物理学明朗的天空中，飘着两朵小小的乌云：一朵是黑体辐射、另一朵是迈克尔孙莫雷实验。

这两朵小小的乌云后来却下起了狂风骤雨，把经典物理学的大厦吹打得七零八落。但他们最终也孕育出了两个支柱：
量子力学和相对论。
这两个支柱，后来就支撑起了近代物理学的发展。
我们一般认为，以牛顿三大定律支撑的就是经典物理学，它适用于宏观低速的物理领域。而近代物理学恰好相反，它适用于微观高速的物理领域。
其中的微观，对应着量子力学，
而高速，则对应着相对论。

相对论看似是个很高深的东西，但别怕，今天蟹蟹就来浅谈下。

伽利略相对性原理

首先不管是高速低速还是各种速度，都是相对于参考系而言的。
经典物理学认为：牛顿三大定律只在惯性参考系下成立。
惯性参考系？umm，惯性参考系就是静止或匀速运动的参考系。

比如说蟹蟹坐在一列火车上，桌子上放着一个苹果。显然在火车静止或做匀速直线运动的时候，苹果处于静止状态（假设苹果只受到重力和桌子对它的支持力），此时符合牛顿定理。但如果火车做变速运动，苹果就不符合牛顿定理啦。
而伽利略在某本书中也阐述了这样一个道理：　　　　　　　　　　　　　　

当你在静止的船舱中看水龙头里的水滴滴落时，水是竖直向下滴落的。可当船做匀速运动的时候，水仍然是竖直向下滴落的。如果你单单看这个水滴的下落过程，根本无法判断船是在静止还是做匀速运动。　　　　　　　　　　

所以伽利略认为，牛顿定律在任何惯性系下都是相同的，这被称为伽利略相对性原理。　　　　　　　　　　　

仔细看挺符合实际的，但是如果真的仔细想想，就会发现一个恐怖的事情：　　　　　　　　　　　
我们无法用参考系内部的实验判断该参考系的运动状态，也就是无法判断参考系是在静止还是做匀速运动。　　　　　　　　　　　　　　
而如果我们想知道参考系Ａ是否为惯性参考系，我们就得再找一个参考系B，来判断参考系A是否为惯性参考系。　　　　　　　　　　　　　
然后你就会发现，判断参考系B是否为惯性参考系，我们还得再找一个参考系C，来判断参考系B是否为惯性参考系。　　　　　　　　　　　　
那么我们就必须需要一个绝对静止的惯性参考系S。否则这就得无限递归下去了……　　　　　　　　　　　　
但是我们再思考一个哲学问题：真的存在一个绝对静止的惯性参考系S吗？　　　　　　　　　　
下回分解。