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艾奥尼亚史迷情开始
感觉到了吗
在上一章中
我们思考了光中和三角形
从中推导出同样的公式
我们思考光中是受到光速不变的启发
麦克斯韦出色的综合了法拉第及其同事的实验结果
他的归纳表明了这一点
即对于所有观察者
光速都是相同的
随后这一点又在迈克尔逊和莫莉的实验中得到支持
很明显
他也得到了爱因斯坦的重视
在这一章中
我们得出了完全相同的结论
在我们的方法中
光不具有特殊的角色
也没有提起历史或实验
相反
我们引入了时空的概念
并坚持事件之间存在不变时空距离的假定
接着遵守因果关系
通过构建距离度量公式
最终得到了结论
这一结论与爱因斯坦的结论完全相同
在物理学中
数学具有神秘的有效性
这个推理可能提供了最好的例证
泰勒斯如此着迷
太监已经擦洗过驴奶浴盆
他已满怀期待的躺了进去
为了成就这场艾奥尼亚式迷情
还需要把美酒和无花果送进他的浴室
还需要抛开上一章的内容
找一个全新的角度确定c一定是光速
请泰勒斯稍作镇定
有关爱因斯坦理论的全新思考就要到来
迷醉的时刻将在下一章呈现
我们此时也可以从繁琐的数学中抽身
稍作休息
精彩就要到来
因为正如明可夫斯基所说
时空真的起作用了
它统一时间和空间
意义重大
如何想象时空呢
它是四维的
给我们的想象力带来了障碍
想象超出三维的东西
大脑束手无策
另外
时间是一个时空的维度
听起来也很古怪
摩托车在乡间起伏的画面可以帮助我们
时空就像起伏的乡村
道路纵横交错
摩托车手驾着车来回徘徊
在时空中
一个物体沿时间方向移动
我们把它类比为摩托车手向北行驶
仅沿时间方向移动
对应着在空间中是静止的
但空间静止是主观感觉
把时间方向类比为正北也是权宜之计
记住这一点
在空间中
道路纵横交错
却都被限制在北纬四十五度的方向角内
正东和正西的道路被静止
因为要想沿着他们行驶
时空中的摩托车手必须跨过宇宙上限速度
这样想吧
如果摩托车手可以向正东行驶
那么他想走多远就走多远
根本不受任何时间限制
因为他没有在向北的时间方向行驶任何距离
这相当于以无限的速度穿越空间
瞬间从a到达b
因此
时空道路拥有限制
它限制摩托车手快速向东或向西行驶
进一步做类比
就能展示一幅时空中运动的图像
其中任何物体的时空速度都相同
假如摩托车手有一个特殊的装置
它可以固定油门
以至于摩托车总是以同样的速度在时空中运动
请注意
我们所说的时空速度和行走在空间中的速度是不一样的
行走在空间中的速度可以取任何值
只要它不超过宇宙上限速度
例如
摩托车手选了一条靠近东北方向的路
这样它的速度就会更接近宇宙上限速度
相比之下
向正北方向的道路行进
不会产生向东或向西的距离
这条道路的速度也在极限速度内
然而
万物以相同的速度穿越时空
听起来相当深奥
也容易产生困惑
也就是说
即便当你坐着读这本书时
你其实是和其他物体一样
在时空中呼啸而过
从这个角度看
空间中的运动只是某个时空运动的影子
我们下面说明
在某种意义上
你就是那个车手
开着固定油门的摩托车
你坐着不动读这本书
其实就等同于固定油门
沿着时间的方向在时空中向北移动
看一下表
就会看到时间流逝的距离
听起来这个类比有点奇怪
我们需要仔细研究下
物体以相同的速度在时空中穿行
这是为什么呢
再次以摩托车手为例
假如他手腕上的手表运行了ES
那么他就运行了一段时空距离
就这段距离有多长
每个人必须达成一致
因为时空距离是普遍的
容不得争论
因此
只要询问摩托车手
他走了多远的时空
便可以得到正确答案
摩托车手可以相对于自己确定空间距离
也就是说
他没有产生空间距离
就像第一章中
坐在飞机座位上的人
相对于飞机
他没有移动
虽然相对于地面上看飞机的人
他移动了
但这不是我们讨论的重点
对摩托车手
他没有产生空间距离
只是时间上流逝了一秒
因此
对他来说
采用时空距离计算公式s平方等于CT平方减x平方来计算他在时空中走了多远
因为x等于零
因为它没有空间移动和t等于一秒
所以时空距离等于c乘以一秒
摩托车手告诉我们
他的表上每走一秒
它就要行驶一段长为c的时空距离乘以一秒这就是它的时空速度等于c的另一种说法
你可能会反对说
一秒的时间是在摩托车手的手表上测量的
对于其他人
那些相对于摩托车手运动的人
测量的时间会不一样
这是真的
但由于摩托车手相对于自己没有运动一个微不足道的声明
在距离方程中x等于零
他的手表就非常特别
它上面流逝的时间是测量时空距离s的直接方法
因此
我们得到一个很棒的结论
摩托车手手表上流逝的时间等于所行驶的时空距离除以c
它的表是测量时空距离的装置
时空距离和c对所有观测者都相同
所以摩托车手用手表测量的物理量对所有的观察者都适用
所以他得出的时空速度c
所有观察者也都能够认同
时空速度是一个普遍适用的量
对每个观察者都一样
这是一种新发现
一个思考事物在时空中运动的新方法
它可以帮助我们理解动中变慢
并给这个问题一个新的思考方式
按照这种方法
时钟的时空速度是固定的
移动的时钟因空间中的运动消耗掉了一部分时空速度
留给时间的部分就变少了
也就是说
它不能再像静止的时钟那样快的运行了
这是时钟运行变慢的另一种说法
相反
一个静止的时钟在空间上没有运动
将会以c的速度在时间方向上飞驰而过
静止的时钟将尽可能快的运行
有了时空概念的帮忙
我们便做好了准备
来思考狭义相对论的一个精彩谜案
双胞胎悖论