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第二章 伽利略和牛頓的世界(3)

時間的形狀:相對論史話 作者:汪潔


伽利略:“我想問你一個問題,怎么區(qū)分靜止和運動?”

你:“這也叫問題?我開著法拉利一溜煙兒地從你身邊開過,我就是在運動,難道這有什么不對?”

伽利略:“對不起,請問法拉利是誰?”

你:“哈,不好意思,忘記你是古人了,那我就不說法拉利了,我們說火車吧?!?/p>

伽利略:“火車?”

你崩潰狀:“你那個時代連火車也木有!!傷不起??!想想也是,蒸汽機還沒發(fā)明,瓦特都沒出生,好吧,那我們說船總可以了吧,船你總知道吧?”

伽利略:“船,當然知道,你的意思是說如果你在開動的船上,我在岸上,那么我就是靜止的,你就是運動的對嗎?”

你:“哈哈,我可不會上你的當,好歹我也學過幾年物理,我知道你要說的是什么,我替你說了吧。說到運動,必須要有一個參照物,如果以你為參照物,那么你是靜止的,我就是運動的。如果反過來以我為參照物,你就是運動的。對不對?你還真以為我是文盲啊,伽利略先生?!?/p>

伽利略:“未來人果然牛啊。那好吧,我們繼續(xù),現在假設你在一個沒有窗戶的船艙里面,完全看不到外面的情況,你有沒有辦法知道船是相對于我運動的還是靜止的?”

你想了想:“你這個問題也難不倒我,如果船不是以勻速直線運動在開動的話,我很容易知道船是不是在開。如果船是加速的,我會感到有一股無形的力在把我向后推,如果船是減速的,我就會不由自主地往前踉蹌。我天天坐地鐵,對這種感覺太熟悉了。呃,你就不用問什么是地鐵了,跟你解釋不清,反正以此我就可以判斷船是在加速還是在減速了。我說得沒錯吧?伽利略先生?!?/p>

伽利略:“完全正確。那如果船的加速度很小,你又是固定在座位上的,很難察覺到微小的推背感的時候,你該用什么辦法來判斷呢?”

你:“這個……讓我想一下。有了,這也不難,我只要做一點力學實驗就可以了,比如我用繩子掛一個小球,看這個小球是不是完全垂直的;或者,我把一個小球放在一張平穩(wěn)的桌子上,我看小球會不會自動滾起來。通過很多的力學實驗我都可以發(fā)現船的運動狀態(tài)。”

伽利略:“回答得完全正確,確實不能小瞧你。這也就是說,如果船做的不是勻速直線運動的話,在船上的力學實驗的結果會被改變,換句話說,力學規(guī)律會被改變。比如慣性定律、自由落體定律(自由落體的方向和加速度都有可能改變)等等。但是,如果現在假設船是在做著完美的勻速直線運動的話,你還能通過力學實驗來知道船是否在運動嗎?”

你:“那顯然就不可能了,如果船艙里面沒有窗戶的話,我就根本不可能判斷出我是靜止的還是運動的,不論我做什么樣的力學實驗,我都無法知道。”

伽利略:“是的,也就是說,在勻速直線運動狀態(tài)下面,所有的力學規(guī)律和你在靜止的狀態(tài)時都是完全一模一樣的。況且,你也知道,沒有什么所謂真正的靜止,我們地球也是運動的,在地球上的每一個人哪怕站著不動,也在隨著地球一起運動,運動不運動的關鍵在于怎么選取參照物。”

你:“我感覺,被你這么一說,靜止和勻速直線運動這兩個詞好像失去了準確的意義,我根本無法定義自己到底是靜止的還是在做著勻速直線運動,靜止和運動永遠都是相對的?!?/p>

伽利略:“你越來越接近真理了,沒錯,用我的話來說,靜止和勻速直線運動這兩個詞的物理意義是相同的,或者說都是不精確的,我用了一個新的詞來統(tǒng)一他們所描述的狀態(tài),這個詞就是‘慣性系’。比如你站在岸上和你在一艘勻速直線運動的船艙里面做實驗,在我眼里,你都是在一個慣性系里面做力學實驗。我的相對性原理說的就是:在任何慣性系中,力學規(guī)律保持不變?!?/p>

你:“哦,原來說來說去就是這個啊,嗯,不難理解,我完全同意。”


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