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当卡车从骑手面前冲过,骑手会转向一边,来自骑手新位置的光会率先抵达你的眼睛(告诉你他移动了),然后很快你看到了来自横穿公路的卡车的光。
如果光速不是恒定的,你会看到自行车毫无理由地转向(来自卡车的光尚未抵达),接着几秒后卡车从它后面驶过。
在这种情况下,你会很奇怪为什么骑手会提前几秒转弯。
当然,事实并非如此。
来自卡车的光与来自突然转向的自行车的光同时到达你的眼睛,这听起来才是一个更合理的故事。
但由于自行车向你移动的速度更快,它的光线按说应该率先抵达。
唯一的解释是,来自自行车的光速并不是“c+自行车速”
,而是c,与来自卡车的光相同。
因此,无论每个人走得多快,光速一定总是相同的。
附录Ⅳ:驯服无限
理论物理学的许多问题都来自无限。
以双缝实验为例,我们可以在墙上打两个孔,然后发射一个光子,通过结合两条可能的路径来计算它可能到达的位置。
如果你在墙上打第三个孔,情况也差不多。
你计算光子的三条路径(而不是两条),然后计算这三条路径的可能结果。
4个孔同理,40个孔、400个孔也差不多。
但最终你会发现墙上有许多孔,以至于它不再是一面墙壁,而成了一个大的空洞。
这意味着我们必须计算光子的无限多的路径,因为墙上有无限多的孔(没有墙=无限多的孔)。
如果没有墙,我们直接把光子照射在探测屏上,显然光子就会走直线。
这就好像光子“嗅出了”
(费曼的说法)无限种可能的路径,然后它选择了经典的路线—就好像无限以某种方式被抵消了。
QED另一个棘手的问题是粒子与自身的相互作用。
电子带负电荷,这意味着它与其他带负电荷的粒子相互作用。
严格意义上来说,因为电子是带电的,所以它会与自身相互作用;但由于电子与自身无限靠近,当我们尝试计算其相互作用时,这种自身的相互作用会给出无限的答案。
这两个例子真让人头疼,因此无限并不是物理学中真正的东西。
它存在于抽象的数学世界,而真正的宇宙没有无限(宇宙不可能容纳无限),所以当理论预测了无限的答案后,这意味着理论一定有问题。
当方程开始趋于无限时,科学家称为“发散”
,许多物理学家都在努力消除这些数字爆炸。
通常的方法是通过修改方程、推导新方程或改变输入值,得到更合理的答案。
一种比较笨拙也极其粗糙的方法是在数字变得太大时直接砍掉它(这种方法叫正规化)。
这种方法比对着方程哭泣并忽略它好不了多少。
还有一种更复杂的方法叫“重整化”
。
这个方法是为场选择属性(主要是根据猜测),用这些值求解一系列不同的方程,直到与答案相匹配。
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