普通人的相對論|13「相對性原理」有兩個

說到「相對論」,大家第一個想到的名字都是「愛因斯坦」;但其實,第一個提出「相對性原理」的人,是「伽利略」。

要理解愛因斯坦的相對性原理,首先,我們要理解伽利略的相對性原理。

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普通人的相對論|Summary

相對論有兩個部分:狹義、廣義。狹義相對論說:時間空間很奇怪,但要夠快才觀察得到。

時間會變慢的這種「變」,是觀點的轉換,就像:走遠會變小。在我們看來,時間和空間會「變來變去」,是因為:時空是四維的,而我們是三維的生物。

聽起來很不可思議,但目前為止的實驗證據,都驗證了相對論的理論。

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普通人的相對論|12 真的發生了!時間變慢的實驗證據

三維生物的我們,雖然無法直接感知四維時空的奧妙,但在這個世界裡,仍然存在著我們可以觀察到的證據,證明「時間真的變慢了」。

科學家做了許多實驗,都和相對論的理論一致。其中,常被提到的兩個為:「飛行的原子鐘」和「緲子的生命旅行」。

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普通人的相對論|11 四維的時空,三維的我們

根據相對論:「時間」和「空間」不是分開的。時間和空間形成一個四維實體,稱為「時空」。

我們測量的時間、空間之所以會「變來變去」,是因為我們是三維的生物。

  • 在我們所能感知的三維中,四維的實體無法完整被呈現;

就像:

  • 在二維的照片中,三維的比薩斜塔無法完整被呈現。
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普通人的相對論|10 你說的「變」是哪一種「變」?

  • 時間「變慢」了!但時間沒有「被誰拉住不往前走」
  • 時間「變慢」了!但我們做事情的速度不需要「加快」
  • 時間「變慢」了!但我們的經歷並沒有「被擠壓」

—— 因為,時間「變慢」的「變」,和比薩斜塔「變小」的「變」,是同一個。

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普通人的相對論|9「事件」發生在哪裡很重要

日常生活中,「事件」發生在哪裡,並不會影響我們對時間的測量。

但是當速度很快很快、快到能觀察到相對論的「時間變慢」效應時,「事件」發生在哪裡,就變成一件非常重要的事。

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普通人的相對論|7 宇宙中,有不只一種的「時間座標」

「時間變慢」說的是:相對運動的觀察者,擁有不同的「時間座標」;因此,對於相同的兩個事件,他們會測量到不同的「時間座標差異」。

狹義相對論說:我們以為的「絕對時間」,其實就像「地圖」一樣,可以有很多種版本;每一種都是「對的」。

  • 宇宙中,有不只一種的 時間座標,就像
  • 空間中,有不只一種的 地圖
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普通人的相對論|6 離散的「事件」組成連續的生活

我們看似連續的生活,是由一個又一個的「事件」組成的,就像電影有一格一格那樣。

每一個事件,都可以用一個「空間座標」和一個「時間座標」來描述。「經過多少時間」指的是兩個事件之間的「時間座標差異」。

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普通人的相對論|5 我們用「座標」來描述位置

我們用「座標」來描述空間中物體的位置。

「座標」是人類想像力的產物,並且可以有不只一種;但不管用哪一種,都不會影響「物體之間的距離」。也就是說:

「座標」和「物體」是兩件事;我們制定「座標」的方式,不會影響「物體」如何存在。

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