林晓担心朱凰听不懂相对论,因为这其中有太多反直觉,反常识的东西了。

“一个物体在高速运动的时候,它的长度会变短,它的时间会变慢。”这些结论在前世人尽皆知,但是只知道这个结论没有意义,因为还必须真正理解原理。

所以他决定换个方式,从一个假设开始。

于是林晓说道:“我们来进行一个简单的思想实验,假设你被某种困在一个空间中,看不到外面,感受不到任何颠簸,但是你可以在空间内自由活动。

你无法与外界沟通,也获取不到任何外部信息。

那么问题来了:你如何判断自己所在的这个空间,是处于静止状态,还是在匀速运动中?”

他抛出这个问题,就是为了引出坐标系和相对性的核心概念。

在上述思想实验中,无论你如何验证,都不会知道自己是静止还是运动的。

比如你可以尝试着把球抛到空中。

如果是静止状态,球会落回到你的手里,不会掉到一旁。

可是你在这个空间里,因为没有速度的变化,依旧结果也是一样。

其实把这个空间扩大,我们所在的整个世界,又何尝不是这样一个空间?

地球绕太阳公转的速度,是每秒29.8公里,可是人类不会感到自己处在运动之中。

因此运动和静止都是相对的,要学会跳出参照系看待问题,如果不改变参照系,所有的结论都是根据常识得出的,但往往是错误的。

朱凰思考片刻,摇了摇头:“无法判断这个空间是静止还是相对的。”

林晓继续说道:“现在你应该已经明白了坐标系的重要性,那么我们继续下一个问题,你知道光的速度是多少吗?”

朱凰迟疑了一下说道:“真空光速约等于299,792,458米/秒。”

林晓点点头,这个世界也是测量过光速的。

“那么结合我们上面提到过的坐标系,请问光速是针对谁来说的?”林晓问道。

朱凰愣住了:“......”

她从未考虑过这个问题,似乎答案简单的就可以直接脱口而出,但又让她感到迟疑。

林晓笑着说道:“这个问题我晚一点再解答你。你先看看这组公式。”

他说着,随手拿起一张草纸,写下了一串优美而简洁的方程组??正是描述电磁现象核心规律的麦克斯韦方程组。

接着,他一步步推导,通过严密的数学计算,最终得出的电磁波在真空中的传播速度,赫然就是那个熟悉的数字:299,792,458米/秒。

“所以......光,本质上是一种电磁波?”朱凰立刻知道了林晓想要说什么。

“完全正确。”林晓肯定道:“现在我们回到刚才那个问题:光速是相对于谁的?

按照我们通常的经验,比如你扔出一颗石子,石子的速度是相对于你(抛出者)的。

那么很自然的,我们会认为光速也是相对于光源的,比如灯泡发出的光,速度应该是相对于灯泡本身,对吗?”

“难道......不对?”朱凰的眉头皱得更紧了,预感到了常识即将被颠覆。

“很遗憾,真实的宇宙规律,就是如此违背我们的日常直觉。”林晓语气带着一丝感慨:“闭上眼,我分享几段记忆给你。”

朱凰依言闭上双眼,林晓将通过记忆共享,将前世那些物理学家们设计的,精妙绝伦的判定光速是否依赖于光源的实验:

如双星观测、迈克尔逊-莫雷实验等的关键思想与结果,清晰地展现在她的意识中。

当她再次睁开眼时,眸子里充满了难以置信的震惊。

光速,这个宇宙常数,竟然与光源的运动状态无关!

在任何惯性参考系中测量,它都保持不变!

看着她世界观受到冲击的样子,林晓心里有些好笑:这就觉得三观崩塌了?更颠覆的还在后面呢。

他清了清嗓子,将话题引向核心:“好了,既然我们接受了‘光速不变’这个铁一般的事实前提,那么接下来,就要讨论真正与你的时间异能息息相关的规则了。”

“这就是宇宙的奇妙与苛刻之处。”林晓解释道:“为了捍卫‘光速恒定’这一最高法则,我们的常识必须退让,而做出妥协的,正是时间和空间本身。”

他在纸上写下了一个关键的公式:

y=1//(1-vz/c?)

(上述公式中的v,其实是根号,我打不出那一横,所以只能写一半=。=~~~~)

林晓简单解释:

y(伽马):洛伦兹因子,它决定了时间与空间的变化程度。