《狭义相对论》

      第5章

   时间的延缓

狭义相对论改变了有关时空的概念。

先来讨论时间。

过去认为，时间是以同样速度通过任何地方的。

但是，依照狭义相对论，时间概念是要改变的。

这种改变的数学基础来源于勾股定理，

即，

‘直角三角形’的两条直角边的平方

等于斜边平方。

【图解·勾股定理】

直角三角形两条直角边的长度的平方之和

等于斜边长的平方。

设 a为3；b为4；c为5

则 3²+4²=5²

一  投球游戏和光的运动

现在，假设有一艘接近光速飞行的宇宙飞船，

它在空中作与地面平行的等速运动。

如下图所示，

宇宙飞船内的手电筒 

从船内一側的  A点   

射向船内另一側的 B 点

从宇航员的眼里看来，

光，相对于飞船前进方向，垂直地

从A点向着B点传播着，   

如下图所示：  

    (在天上的宇航员看到光的传播情况)

那么，站在地上的人，

将会看到怎样的情况呢?

站在地的人将看到：

从A点射出的光，

不是与飞船前进的方向垂直地传播:

而是如图示那样，

稍微往前倾斜地传播到 B’点

【B上加一个撇（’）】

                   (地上人看到的光的传播情况)

之所以产生这样的情况，

是因为， 从 A 点射出的光，

到达  B  点时，由于飞船的前进，

   (地上人看到的光的传播情况) 

使  B 点，往前移动到   B’ 点。 

上述情况，

与我们日常可以体会到的现象相仿佛。

例如，

我们可以用等速前进的列车    

来代替宇宙飞船：

我们让2个孩子玩‘投球游戏’

（他们分别站在车厢两側的座位边儿上）。

列车内的乘客可以看到，

孩子们相对于“列车前进方向”垂直地投着球。

想象：拍黄瓜，“啪”地一声，

将一根黄瓜拍扁在菜板上……，

如是：

您也可以想像将一个‘三维空间’，

“啪”地一声，

“拍”成一个‘二维平面坐标系’——

如图所示：        

列车内的情景：

乘客看到的是孩子们相对于“列车前进方向”

垂直地投着球；

这时，在列车之外，有一个站在地面上的人，

如果叫他来看这场投球游戏，

那么，他将看到：

球，不是随着与列车前进相垂直的方向飞，

而是偏着前进方向倾斜地在飞。

理由是，一方投出的球，在到达另一方时，

列车已经向前移动了一段距离。

如果我们把这个作低速运动的球，

改为是一缕光   

那么，这个原本是作低速运动的投球游戏，

就与前述的宇宙飞船内有关手电筒的实验相类似了。

下面就让我们来说一说

有关作极高速运动的时间问题。

未完待续，谢谢。