首页其他类型从一到无穷大

2 以太风和天狼星之旅

同时BD间的距离保持不变,那么两束光将延迟同样多的时间,因此光斑不会发生偏移。

不过要理解现在观察到的现象,应该有一个比“桌子收缩了”更简单的解释。的确,我们知道,物质在阻力较大的介质中行进时会产生一定的收缩。比如说,湖面上行驶的摩托艇会同时受到马达推力与湖水阻力的挤压,但这种机械收缩的程度取决于制造船体的材料的强度。受力相同的情况下,铁船产生的形变肯定小于木船。但无论迈克耳孙将实验装置放在哪里,都无法得到预想的结果,所以在这个实验中,物质的收缩似乎只跟运动速度有关,和材料强度毫无关系。不管安放实验装置的桌子是石头的,还是铸铁、木头或者其他任何材料,它们的收缩程度似乎始终如一。所以我们清晰地看到,这是一种普遍效应,它会导致所有运动物体以完全相同的程度收缩。或者换个说法,1904年,爱因斯坦教授曾这样描述我们刚才讨论的现象:这样的收缩来自空间本身,以相同速度运动的任何物体都会产生同样程度的收缩,这仅仅是因为它们都嵌在同一个收缩了的空间里。

前两章我们已经介绍了空间的很多特性,所以现在提出这样的说法也相当合理。为了加强理解,我们暂且将空间想象成一团弹性良好的果冻,不同物体的边界都嵌在里面。一旦空间因为挤压、拉伸或者扭转而变形,那么嵌在里面的所有物体的形状也会自动地发生相应的变化。空间变形引起物体变形和其他外力导致物体内部产生应力而变形,这是两种完全不同的情况,我们必须严格地将二者区分开来。图37所示的二维图像或许可以帮助你理解这个重要的区别。

不过,虽然空间收缩效应是理解物理学基本原理的关键所在,但我们在日常生活中却很少注意到这种现象,因为相对于光速而言,我们日常能接触的最快的速度也完全不值一提。比如说,以50英里的时速飞驰的汽车收缩因子等于 ,也就是说,一辆汽车从前保险杠到后保险杠收缩的长度仅仅相当于一个原子核的直径!时速超过600英里的喷气机收缩的长度只相当于一个原子的直径,时速超过25,000英里的100米长的太空火箭也只会收缩百分之一毫米。

不过,如果物体的运动速度相当于光速的50%、90%乃至99%,那么它的长度将分别缩小到静止时的86%、45%和14%。

一位无名作者写了一首打油诗来描述所有高速运动物体的这种相对收缩效应:

“有个小伙菲斯克,

出手一剑迅如电,

菲茨-杰拉德收缩,

长剑变成短圆盘。”

不过这位菲斯克先生出剑的速度真的得像闪电一样快才行!

从四维几何学的角度来看,我们观察到的所有运动物体普遍的收缩现象可以简单地解释为,时空坐标轴的旋转导致这些物体不变的四维长度在空间轴上的投影发生了变化。事实上,你肯定记得我们在上一节讨论过,以运动系统为参照系做出的观察只能适配时空轴旋转后的新坐标,具体的旋转角度取决于系统的运动速度。这样一来,如果以静止系统为参照系,我们观察到某段特定的四维距离在空间轴上的投影是百分之百,那么它在新的空间轴上的投影必然小于这个值。

请记住,这样的收缩完全取决于两个系统的相对运动,这一点非常重要。如果某个物体在第二个坐标系内保持静止,这意味着四维几何空间内代表它的那根线平行于新的空间坐标轴,因此它在旧坐标系内的空间投影反而要缩短一个相应的因子。

目录
设置
手机
书架
书页