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11 May

相對論

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這篇于 2020-04-27 在臉書發表

甚麽是相對論,Theory of Relativity?

E=mc2!

說對了其中一點。。那這公式代表甚麽?

作者愛因斯坦,Einstein(不是我家的小小狗!),這個1905(115 年前!)橫空出世的一個理論,顛覆牛頓,Newton,的經典物理學,Classical Physics,讓科學界大為驚震,一直到今天還影響著我們的科技。當時還有一段軼事,有人問有份參與實驗的英國太空物理學家愛丁頓,Eddington,聽說世上只有三個人了解相對論。愛丁頓沉默了一下才回答:我正在想誰會是那第三個。

相對論其實分成兩部份,第一部份是狹義相對論,Theory of Special Relativity,在 1905 年發表。之後愛因斯坦用了十年修正補漏,加入了加速度,acceleration,的因素,在 1915 年發表廣義相對論,Theory of General Relativity。

所以到底甚麽是相對論?!

它包含太多了,我只舉幾個比較普通的例子。

(一)在相對論裡,光速是最終速度,每秒三十萬公里,沒有任何物質能超越光速。

想像你坐在磁浮列車裡(火車已經過時了),列車以時速 500 公里往前等速飛奔。往內看,車內的一切如常,就像在靜止的列車上。往外看,窗外的景物不停呼嘯而過。突然反方向軌道轟的一聲,另一輛列車也以同樣的速度往後飛奔而去。你算一算,兩輛列車的相對速度是 500 加 500,等於時速 1,000 公里。

那又如何?小孩子都知道的事。

那要超越光速很簡單嘛,造兩輛無敵高速車子,以光速的一半反方向行駛,那兩輛車子的相對速度不就超越光速了嗎?

不!測量到的相對速度遠遠小於光速。為甚麽?因為。。

(二)在相對論裡,時間不是固定的,而是相對的。

在越快速行駛的物體上,時間流逝的越慢。所以當你坐在其中一輛列車上測量速度,你是以比站在月台上慢的時間去測量,所以得到的結果不會是光速。

而且當一個物體的移動速度越快,它的質量也越來越大。根據公式,當物質的速度等於光速時,他的質量會變成無限大,infinity。由於這是不可能的事,所以宇宙所有物體速度都不可能超越光速。

全球定位系統,GPS,在地球上空以14,000 公里的時速繞著地球轉。根據相對論,它相對地表的時間每天慢上 7,200 納秒,小數點後九個零,nano seconds。所以地基站每天都要校對系統的時差,要不然一天之後你手中的導航系統會把你帶到 2.16 公里外的池塘裡。

(三)能量轉換

就是上面的 E=mc2。

那是甚麽?

能量 = 質量乘與光速的平方

嗯,好。但那是甚麽?

就是能量跟物質之間能互相轉換,不管是鑽石還是麵包,都能完全轉換為能量。

那是多少的能量?

假設一個人的體重為 50 公斤。根據公式,他所能轉換的能量為:

‭4,500,000,000,000,000,000‬ 焦耳(Joules)

。。。。用一點大家都懂得的詞可以嗎?

那這樣說,一個 50 公斤重的物體若全部轉換成能量,相等於6萬顆 1945 年轟炸廣島原子彈的威力。

話說回來,許多人都說原子彈是基於這個公式而被設計出來的。錯!這個公式並不包含任何設計原子彈的資料,它只暗示了一個大殺傷力武器的可能性。當年愛因斯坦就因此寫了一封信給當時的美國總統羅斯福,Roosevelt,說這樣的武器有可能被納粹研發出來,進而催生了原子彈。

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