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世界上著名的十大思想實驗——愛因斯坦光線

(小文一篇)

眾所周知,愛因斯坦創立了聞名世界的狹義相對論,然而這一理論取自於他在16歲時所作的思想實驗。

世界上著名的十大思想實驗——愛因斯坦光線

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在他的自傳中,愛因斯坦回想起他所做的這一思想實驗:

如果幻想自己自己在宇宙中追逐著一條光線,根據他的推理,如果自己能夠保持著光速在光線的旁邊進行運動,那麼就應該可以看到光線成為“在空間上不斷震盪但始終停滯不前的電磁場”。

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世界上著名的十大思想實驗——愛因斯坦光線

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事實上,我們可以對這個模型進行適度的簡化,假如“我就是愛因斯坦,有一天獲得超能力,能夠以光速進行飛行,我還能夠在鏡子中看到自己的臉嗎?”或者說,我開著一輛夢寐以求的光速飛船,那麼從飛船底端發出的光線能否達到飛船的前端呢?(就是說,我還能不能看見飛船後端的推進器的光線呢?)

根據麥克斯韋方程式,無論自己以多快的速度追逐光線,光線始終保持著固定的速度進行傳播,光速在所有慣性座標系之下都是恆定的,不論自己跑多快,都不能夠超過光線的速度。

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世界上著名的十大思想實驗——愛因斯坦光線

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然而這個實驗最終的結果是,雖然與當時的“以太”理論所衝突,得出了永遠不能夠達到光速的結果。

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世界上著名的十大思想實驗——愛因斯坦光線

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也就是說,在無限接近光速的速度下運動,也能夠從鏡子中看到自己的臉。

針對光速極限的問題,我們很容易聯想到是否存在宇宙邊界的問題,實際上,在四維宇宙下是不存在宇宙邊界的問題的,光在宇宙框架下運動而難以突破宇宙的極限。

世界上著名的十大思想實驗——愛因斯坦光線

附錄:

以太理論:以太是古希臘哲學家亞里士多德所設想的一種物質。是物理學史上一種假想的物質觀念,其內涵隨物理學發展而演變。

17世紀時,法國數學家R.笛卡爾建立了以太​旋渦​說。他以此解釋太陽系內各行星的運動。

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世界上著名的十大思想實驗——愛因斯坦光線

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荷蘭C.惠更斯和英國R.胡克提倡光的波動說,他們都假定空間具有無所不在的以太,以此作為波動媒介。這時期的以太便稱為“發光以太”或“光以太”。

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世界上著名的十大思想實驗——愛因斯坦光線

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牛頓雖然不同意胡克的光波動學說,但他也像笛卡爾一樣反對超距作用並承認以太的存在。

在他看來,以太不一定是單一的物質,因而能傳遞各種作用,如產生電、磁和引力等不同的現象。

牛頓也認為以太可以傳播振動,但以太的振動不是光,因為光的波動學說(當時人們還不知道橫波,光波被認為是和聲波一樣的縱波)不能解釋今天稱為的光的偏振現象,也不能解釋光的直線傳播現象。

分類: 科學
時間: 2021-09-20

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