宇宙揭秘:你以99%光速追趕光子,你與光子的速度差仍舊是光速
愛因斯坦的相對論的偉大理念是什麼?想像一下,你正在追趕一輛公共汽車,它的時速是30公里,而你的時速只能達到29公里,公共汽車的速度每小時只比你快1公里,你只要稍微加速就可以追上它。
但如果把公共汽車換成一道光束,無論你如何加速,你們之間的速度差一直不變,這種差就是光速,這與我們日常生活的相對速度概念似乎背道而馳,比如就算你以99%光速飛速前進追趕一個光子(光子的速度為光速),你和光子之間的速度差是多少?按我們的固定思維速度差概念,這種速度差應該是1%光速,但事實並非如此,你和光子的速度差仍舊是光速!
舉個例子,假設,A和B相距一光秒(30萬公里),如果A拿著一個激光槍射擊B,而在A開槍射擊的同時B以光速的99%拔腿就跑,按照我們傳統的相對速度的概念理解,激光需要很長時間才能打中B,但事實並非如此,B發現自己仍舊會在一秒後被激光擊中!
這種說法聽起來似乎很難理解,但在20世紀初,實驗已經證明了這種論點,到底是怎麼回事呢?
在19世紀末,人們發現真空狀態里的光只有一種速度,無論你朝它還是遠離它而去,你總會感覺到光在以同樣的速度運動,它的速度一直維持在30萬公里每秒,這聽起來有點奇怪,畢竟這不是我們在日常生活中體驗到的。
舉個簡單的粒子或許就容易理解了。一條狗仔游過池塘水面時會產生波浪,如果這條狗一直游,這些波浪會一直在它的前方「褶皺」起來,然後向後擴散,這條狗看似一直追趕著它所產生的波浪,所以同理你可以想像如果我們追趕自己產生的光線,也應該能夠看到相同的景象,也就是波的速度會隨著物體的移動位置而改變。
科學家們已經證實19世紀末的實驗結果沒有錯,光速確實是恆定不變的,這聽起來是那麼地不可思議,這個觀點困擾著20世紀初的大多數科學家,他們就是無法接受「光速不變說」!
這個問題得用愛因斯坦一個著名的「思想實驗」來解決。假設愛因斯坦夫婦分別拿著一個相同的「相對論」時鐘,這兩個無比精準的時鐘是由一個光子在兩面相距一米多高的鏡子間來回彈跳而維持運行的。
如果愛因斯坦以接近光速的速度運動,愛因斯坦夫人會說他的光子彈跳一次的距離要比自己的光子遠得多,為了保持兩個時鐘的節奏一致,愛因斯坦的光子必須加速運動,但是我們已經知道光速不會改變。愛因斯坦推斷,會改變速度的不是光,而是時間本身!愛因斯坦以接近光速運動,他自己的時鐘變慢了,所以愛因斯坦的光子彈跳一次的距離比他夫人的要遠很多!


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