为什么宇宙不让所有有质量的物体，以光速移动呢？



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为什么宇宙不让所有有质量的物体，以光速移动呢？



天文在线

2020-05-19优质创作者

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所属专栏：天文科普知识-十万个为什么

考虑建一个观测者。

一个观测者既可以保持静止也可以以某速度移动，它也可以进行测量工作。

一个质量物体是可以保持静止的。在力的作用下，物体可以发生运动。由于观测者在任何速度下都可以运行,所以物质可以接受一个合适的力,与观测者连接.



那么观测者有什么特别的地方吗?

是的.不管观测者在以多快的速度运行,它对光的真空速度测量结果是相同的.

可以考虑建立一个静止的观测者,所以测量这个值，c对于单个观测者是有意义的.但是,如果观测者向另一个静止的观测者移动,c同样具有意义!

记住,物体可以在力的作用下保持静止,也可以以任意速度移动.所以凡是适用于观测者的,也适用于物体.



光有奇怪的一个性质.光的速度增加与向量不同,但其他所有物体的速度增加与向量相似.

这个光的奇怪性质告诉我们在测量方面的事实.速度公式是距离除以时间.这个公式包含了两个测量量,一个是距离,一个是时间.这两个测量量需要观测者机油测量距离的工具(尺子),也有测量时间的工具(钟).



为了使每个观测者的测量有意义,钟表和尺子都进行了标准化.这使得长度和时间标准必须与静止时保持一致.

因此我们使用两种方式测量光的速度,一种是距离,一种是时间.

我们已经知道,从伽利略时代开始,移动的观测者的测量结果会有不同.事实上,这个性质非常重要.这解释了为什么在地球以800千米/小时转动时,你可以安然一边吃饭一边看电影.在地球上你感觉你是静止的.



伽利略



这就是伽利略相对论的作用.它解释了你的运动为什么只和其他因素有关.比如在飞机上,它和地面有关.你不需要考虑你的座椅,你的食物或者你的电影屏幕会移动.因为对你来说他们是静止的,只有地面是在移动的.

这种飞机现象的解释是,当飞机上的事物对运动的人来说是静止的时候,对于在地上的观测者,飞机上的所有东西都在以800千米/时运动.如果你打算进行一个距离测量,你的电影屏幕和食物在飞机上的移动距离时0.但是对于那些在地面上的人来说，他们会。所以距离的测量必须是相对于移动的观察者而言的。

注意!这是每个人都能凭直觉理解的逻辑。

那么现在回到光的那些奇怪的测量.我们知道距离的测量是相对的,光速的所有测量都是这样的.



再一次,回想一下,我们需要做出两个测量,一个是距离一个是时间.我们知道距离的测量对移动的观测者是不一样的.

速度测量的关键是旅行距离除以时间。

距离测量上的差异必须由时间差异来弥补!

那真是狭义相对论的灵光一现。距离和时间的测量必须是相对于移动的观察者而言的。

既然速度没有限制因素,那我们只需要测量就好了.但既然我们决定距离和时间都相对于观测者,现在已经有一些结果了.尤其是测量量必须互相弥补,这样才能说他们一直是测量同一个真空中的光速.



那我们现在考虑一下追赶.两个观测者,一个被设定了去追赶一束光,而另一个静止不动..因此我们拥有两个观测者,一个移动一个静止.这两个观测者总是测量相同的光速.对于静止的观察者来说，追逐者的距离测量值变得越来越短，而他们的时间测量值则变得越来越长以补偿。这意味着追逐者的时钟慢了下来。问题是这个过程是有极限的。如果追逐者达到光速，他们的距离测量值会缩小到零，但他们的时钟会停下来进行补偿。追逐者对光束的测量将是零距离移动除以零时间。这是除以0 !

还没被定义呢!



但是,如果追赶者初速度是0,通过长度收缩,同时时间扩大以接近光速.当距离减少时,追赶者减慢时间来弥补.尽管尝试好了,追赶者永远不能达到光速的极限.

我们可以把物体和观测者联系起来,对任何观察者来说，质量都是一样的，因为质量可以是静止的，可以施加一个力使它运动。



观测者和物体的结果也可以告诉我们一些关于光的事实.光永不会休息.这意味我们永远不可能将光与观测者或物体联系起来.这也可以解释为什么光并不是一个有效的参照系.

这是脱离了数学的狭义相对论.这是一个逻辑推理的过程,它建立在所有的观测者测量同一个真空光速的基础事实上.

这整个逻辑链都可以方便地压缩成一个数学形式,即狭义相对论.

作者: quora

FY: 蒲茵蜀

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