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相对论有两种,分别是1916年提出的广义相对论和1905年提出的狭义相对论。
我们将在最后一章讨论广义相对论,但EPR佯谬只涉及狭义相对论,所以我们先了解一下。
狭义相对论做了两个假设:
(1)测量时,所有人的视角都是一样的;
(2)无论如何移动,光速对每个人都是相同的。
第一个假设意味着没有人可以说自己的测量是客观的。
例如,你可能认为自己正坐着不动,其实并不是。
你正在绕太阳运行,相较于读到这句话的时候,你的身体已经移动了90千米。
你的速度取决于谁拿着速度计。
在你自己看来,你的速度是0kms,但在太阳看来,你以30kms的速度绕着它运转。
狭义相对论认为这两个答案都是有道理的,都是相对于不同的环境的。
假设你以20ms的速度射出一支箭,你的朋友以15ms的速度骑自行车(假设她之前被炮弹炸掉的手现在已经好了)。
你会说箭以20ms的速度移动着,但如果问她,她会说箭射向她和自行车的速度是5ms。
你们的这两个数字都是对的,因为这两个速度同样有效。
但是光速例外,对每个人来说,光速都是299,792,458ms,无论何时何地。
你可能在学校里学过,光穿过玻璃时速度会变慢,但这有点误导人。
玻璃中的原子吸收光子并重新发射光子,这一过程延长了光穿过玻璃的总时间,但光子在每个原子之间的速度仍然是299,792,458ms。
这在整个宇宙中都是不变的。
如果你发射一束光,光速为299,792,458ms,你的朋友再一次沿着光速的方向骑自行车,假设速度是100ms(假设她身体非常健康),你问她现在的光速是多少,她会回答说299,792,458ms。
和你一样。
但这好像有点问题。
如果她紧挨着光束以100ms的速度骑车,她测量的速度应该比你测量的慢,就像测量箭速那样,不是吗?狭义相对论说不是。
光速对每个人来说都是相同的。
即使她的移动速度达到光速的99%,她的测量结果仍然是299,792,458ms。
你以为她会说出不同的答案,但每一次她的答案都是相同的。
或者假设她朝着你骑车,光束与她迎面碰上。
光在靠近她,难道她测量的光速不应该更快吗?爱因斯坦说,不。
她看到的光速是一样的。
有一个简单的方法证明光速对每个人来说都是相同的(参阅附录Ⅲ),但如果我们现在就把它当成给定的条件,其含义就真的有些古怪了。
如果不同速度的两个人测量到相同速度的光,那么他们的参考系之间一定有什么东西被扭曲了;如果他们测量两种不同的情况,却得到了相同的结果,就一定有哪里不对。
爱因斯坦说,罪魁祸首就是时间。
如果我们接受狭义相对论的两个假设,那么对移动中的两个观察者来说,时间的流速一定不同。
一个人的速度越快,他的时钟就越慢,结果光的时间流动也更慢,看上去似乎光速是一样的。
你的朋友骑在自行车上,她的时间更慢,因此在测量光速时,得到的结果似乎是一样的。
然而,她感受不到这种时间膨胀。
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