首页 > 时间简史 > 第6章 空间和时间(1)

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这表白,力的真正效应老是窜改物体的速率,而不是像本来想像的那样,仅仅使之活动。同时,它还意味着,只要物体没有遭到外力,它就会以一样的速率保持直线活动。

直到1865年,当英国的物理学家詹姆斯・麦克斯韦胜利地将直到当时用以描述电力和磁力的部分实际同一起来今后,才有了光传播的精确的实际。麦克斯韦方程预言,在归并的电磁场中能够存在颠簸的微扰,它们以牢固的速率,正如水池水面上的波纹那样行进。如果这些波的波长(两个相邻波峰之间的间隔)为1米或更长一些,它们就是我们所谓的射电波。更短波长的波称做微波(几厘米)或红外线(善于万分之一厘米)。可见光的波长在一百万分之四十至一百万分之八十厘米之间。更短的波长被称为紫外线、X射线和伽马射线。

牛顿引力定律还奉告我们,物体之间的间隔越远,则引力越小。牛顿引力定律讲,一个恒星的引力只是一个近似恒星在间隔小一半时的引力的1/4。这个定律极其切确地预言了地球、玉轮和其他行星的轨道。如果这定律中恒星的万有引力随间隔减小或者增大得快一些,则行星轨道不再是椭圆的了,它们就会以螺旋线的形状要么回旋到太阳上去,要么从太阳逃逸。

每个察看者都能够操纵雷达收回光或射电波脉冲来讲明一个事件在那边何时产生。一部分脉冲在事件反射返来后,察看者可在他领遭到回波时测量时候。事件的时候能够为是脉冲被收回和反射被领受的两个时候的中点:而事件的间隔可取这来回路程时候的一半乘以光速(在这个意义上,一个事件是产生在空间的伶仃一点以及指定时候的一点的某件事)。这个思惟被显现在上。操纵这个步调,作相互活动的察看者对同一事件可付与分歧的时候和位置。没有一个特别的察看者的测量比任何其别人的更精确,但是统统这些测量都是相干的。只要一个察看者晓得其别人的相对速率,他就能精确算出其别人会付与同一事件的时候和位置。

这个被称为相对论的根基假定是,不管察看者以任何速率作自在活动,相对于他们而言,科学定律都应当是一样的。这对于牛顿的活动定律当然是对的,但是现在这个看法被扩大到包含麦克斯韦实际和光速:不管察看者活动多快,他们应测量到一样的光速。这简朴的看法有一些不凡的结论。能够最闻名者莫过于质量和能量的等价,这可用爱因斯坦闻名的方程E=mc2来表达(E是能量,m是质量,c是光速),以及没有任何东西能够行进得比光还快的定律。因为能量和质量的等价,物体因为它的活动具有的能量应当加到它的质量上去。换言之,要加快它将更加困难。这个效应只要当物体以靠近于光速的速率活动时才有实际的意义。比方,以10%光速活动的物体的质量只比本来增加了0.5%,而以90%光速活动的物体,其质质变得比普通质量的2倍还多。当一个物体靠近光速时,它的质量上升得越来越快,如许它需求越来越多的能量才气进一步加快上去。实际上它永久不成能达到光速,因为当时质量会变成无穷大,而按照质量能量等价道理,这就需求无穷大的能量才气做到。因为这个启事,相对论限定了物体活动的速率:任何普通的物体永久以低于光速的速率活动,只要光或其他没有内禀质量的波才气以光速活动。

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