由愛因斯坦在1905年提出,表示時空才是絕對的,在時空中”運動”的觀者可以建立”自己”的參考系,代表能夠定義”自己”的時間和空間,而狹義相對論中有幾個比較重要的項目,這邊就帶大家慢慢來了解他在說甚麼八。
但還是要先說一下,我現在也不知道懂這些能幹嘛😂,反正我就只是剛好讀到覺得蠻有趣所以就把它整理起來而已,所以歡迎有興趣的人就一起繼續看下去八~
邁克生-莫雷實驗(乙太)、光速不變原理:
在生活中,只要是波大多都需要傳播的媒介,像是聲波需要“空氣”,水波需要“水”等等,如果沒有媒介的話,波就無法傳遞,所以在19世紀乙太被認為是“光”的媒介,他是一個絕對靜止的參考系,當有其他參考系的觀察者再測量光速時,應該要為這“乙太系”的光速再加上觀察者在“乙太系”上的速度才對,根據這種假設,乙太無所不在且沒有質量,但是在1881~1884年的邁克生-莫雷實驗中,證實了不同方向上的光速沒有任何差異,即“光速不變原理” ;
所以如果”乙太”真的存在,那兩束光(上側、右側)透過感測器所量測出來的到達時間就會不同,但是!!!在最後的結果中,不管與地球的運動方向相同或是相反,測出來的“光速都相同”,所以在狹義相對論中就出現了“光速不變定理”。 (C=299.792.458m/s,又稱每秒30萬公里)
勞倫茲變換(因子):
當觀察者在不同的慣性系之間,對物理量進行量測時所需進行的轉換來知道彼此的關係,勞倫茲透過此方法計算得知,觀察者相對於乙太一定速度時,長度在運動方向上發生”收縮”,所以”抵銷”了不同方向上的光速差異。(偷偷牢騷一下,這些公式打得很累🤣)
有點類似指考成績和學測成績雖然是不同的考試,但只要透過一些算式和權重分析就能夠知道兩者的關係。
同時的相對性:
意思是在空間不同位置所發生的事件,其同時性取決於觀察者的參考系,舉例,在美國中午12點發生的車禍與英國中午12點發生的車禍,如果兩者沒有任何因果聯繫的話(實況轉播或是其他類似的方法),不同參考系(在美國看或在英國看)觀察的時間點也會有所不同,12點時在英國看見車禍,然後再原地用神一般的眼力看美國12點發生的車禍,就會發現兩者不是同時發生的,所以超距同時性不會是絕對的。
參考系的變換:
在不同的參考系下就會有不同的結果,有些事情可能會變得更快或更慢甚至是產生完全不同的結果,奇異博士在搞鬼阿😂,所以明明有時候事情明明很簡單,但卻有許多不同的意見或是看法,這就是因為每個人都位在自己的參考系上,這樣當然觀察到的角度就會都不同囉☺️。
時間膨脹:
在狹義相對論中,所有相對於一個慣性系統移動的時鐘都會走得比較慢,意思就是只要是在移動中的時鐘就會走得比較慢,但是這種情況通常都發生在極高速狀態下,一般日常生活中幾乎可以忽略他,舉例來說,太空船是用極高速狀態在飛行,所以飛船內的太空人相對於地球上的觀察者而言,地球上已經過了15小時了,飛船內可能才過了15分鐘而已,這就是因為極高速狀態使飛船內所有物體時間都變慢了。
所以如果一個飛船的時間被拖慢了,並不是外面的世界加速,而是因為飛船內的時間變慢,透過圖片上的公式也能看到,當有v產生時,飛船的時間(Δ)會比觀察者的時間(Δt)還慢。(哇哈哈雖然很多數字,但這邊應該都還能接受八,才到根號而已🥸)
長度收縮:
是指觀察者再觀察一個相對自己速度非零的物體時,看到長度變小的現象。
時間膨脹的對稱關係:
大家應該都有在路上看過天上的飛機吧,是不是覺得他們飛得很慢,明明他們移動速度相較於自己是非常快的,而且看起來也變得非常小,明明在機場登機前看到的飛機都很大台呀,為什麼飛到天上後會變得又慢又小呢?這種怪異的現象在日常生活中被稱為“透視”,在相對論中則稱為“對稱”與“同時的相對性”;
而這種現象就包含到時間膨脹與長度收縮這兩個原理:
首先,因為飛機相對於觀察者的移動速度非常快,所以使飛機的時間相對於觀察者變得更慢了,此時路上的行人看飛機飛得很慢,而飛機上的乘客看路上行走的人們也感覺非常緩慢,這也就是”同時的相對性”,因為“靜止的路人”相對於“天上飛的飛機”與“飛機內坐著不動的乘客”相對於“路上行走的行人”其實都是相同的參考系,所以彼此會有對稱性的速度感受,由於時空是相對的,所以若是行人想要追上飛機上乘客的”時間”,就必須要付出與其更快的速度,除非乘客原路返回行經的軌跡空間,否則以行人的速度永遠不可能在相同的時間抵達乘客所在的空間,頂多就是不斷追趕乘客所經過的空間而已;(所以停滯不動的人等於是在退步這句話就是在說這個意思吧,因為大家都不斷在前進,如果沒有行動或甚至付出更多努力的話永遠不可能跟上大家)
再來,變小的這個現象就是長度收縮的關係了,由於飛機相對觀察者的速度非零,所以才會感覺其體積變得很小,而飛機上的乘客看行人也感覺更小也是這個原因,因為”對稱”所以彼此看對方都覺得變小了。
但其實長度收縮我覺得瞳孔成像這個比較符合邏輯,從人眼瞳孔中心對物體的”張角”與”視角”相等,所以視角的大小決定了視網膜上物體的成像大小,兩顆蘋果,離眼睛遠的那一顆,它的視角比近處的那顆的視角小,所以遠處的蘋果看起來比近處的小,因此才會有遠處的東西比較小,近處的東西比較大這現象。
光錐:
他是一個單一事件以光速存在因果連結的所有點集合,意思就是能夠集合一個事件的過去、現在、未來中他所包含的一切。(好的,開始科幻了😁)
E=mC2推導
哎哎哎,這段我整理的很辛苦,都看到這邊的話就給我好好認真看仔細這兩張圖,我相信有高中程度的人一定都看得懂的🥲。