四个搞脑子问题

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写到这里,本章的内容即将结束。如果你此时的感觉是:“狭义相对论原来也并不难懂嘛,我基本上都看明白了。”那是笔者莫大的荣幸;如果你此时的感觉仍然是不明所以,一头雾水,那也一定不是你的问题,是我的问题。但是,我想问前一类读者:你真的明白了吗?抱歉,我马上要给你一点小小的打击了,你以为你全都明白了,其实也许并非如此,让我来问你这么几个问题,请你思考一下:

第一个问题:

想象一下,爱因斯坦和哈勒各自驾驶着一艘同一型号的宇宙飞船,在黑漆漆的太空相遇。在爱因斯坦的眼中,哈勒的飞船开始是一个小亮点,然后越来越大,最后以高速从他身边飞过,一转眼就不见了。爱因斯坦心里想,根据狭义相对论的时间膨胀和空间收缩效应,哈勒的时间过得比我慢,哈勒的飞船相对我的飞船缩小了。但是,让我们跑到哈勒那里,在刚才那起相遇事件中,哈勒看到爱因斯坦的飞船开始是一个小亮点,然后越来越大,最后以高速从他身边飞过,一转眼就不见了。哈勒心里也在想,根据狭义相对论的时间膨胀和空间收缩效应,爱因斯坦的时间过得比我慢,爱因斯坦的飞船相对我的飞船缩小了。亲爱的读者,请问,他们到底谁比谁的时间变慢了?谁比谁的飞船缩小了?

第二个问题:

想象一下,你即将坐上一艘亚光速飞船,告别地球上的双胞胎弟弟去太空旅行,当你弟弟看到你的飞船瞬间冲上云霄,一下子就飞得不见踪影时,他在心里想,等哥哥回来的时候,我就比他老了,哥哥会比我显得更年轻。可是,你在飞船上可不一定这么想,对于你的感觉来说,你觉得是地球载着你的弟弟突然飞离你而去了。你越想越觉得有道理,所以感慨道:“等我再见到弟弟的时候,我就更老了。”亲爱的读者,你觉得你们见面的时候,你到底是变得更年轻了,还是更老了?(双生子佯谬)

第三个问题:

洛伦兹开着一辆亚光速飞车正在平坦的北极冰面上飞驰,他越开越快,真是爽极了。突然,车载雷达显示,前方有冰面出现了一道裂缝,裂缝的宽度刚好和飞车一样宽,情况十分紧急,到底要不要刹车?洛伦兹突然想到,啊哈,那个裂缝正相对我做着高速运动,它会在运动方向上收缩,于是会小于我的车长,我应该能顺利地冲过去。这么一想,洛伦兹心里一宽,反而踩下了油门加快速度。可是马上就要到裂缝时,一个念头突然冒出来,他吓呆了:如果裂缝里有一个人,从他的眼里看来,我正在朝他飞速运动,因此我的车子在运动方向上会收缩,我会更容易一头跌入冰缝,天哪,得赶紧刹车!可是此时已经来不及了。亲爱的读者,请问倒霉的洛伦兹先生到底有没有掉入那个冰缝中呢?(长棍佯谬)

第四个问题:

庞加莱先生正指挥着一艘潜水艇在大西洋中游弋,海里的景色真是美不胜收,看上去比数学公式要有趣得多。突然,一阵凄厉的警报声把庞加莱的思绪拉回现实。中士慌慌张张地跑来报告说一个不明物体击中了潜水艇,撞坏了深度控制箱,潜水艇正在下沉,情况危急。庞加莱不愧是久经考验的大师级人物,临危不乱,他想:只要我加快潜水艇的前进速度,那么对面的海水就会相对潜水艇做高速运动,根据狭义相对论的质速公式,海水的质量会增加,那么密度就会增加,浮力就会增大,我们的潜水艇就能顺利上浮了。当庞加莱正要发出以亚光速加速前进的指令时,他突然又想:哎哟不对,一加速,在海水看来,潜水艇的质量就增大了,我岂不是下沉得更快?庞加莱这时也无法保持镇定了,看着全体艇员焦灼的目光,大颗汗水从额角落下。亲爱的读者,请问可怜的庞加莱先生到底该不该下达加速前进的命令?(潜水艇佯谬)

问题问完了。

请原谅我,你本来已经清楚的头脑,突然一下子又坠入深渊,你忍不住火冒三丈,这该死的相对论到底该相对谁啊!

请息怒,我亲爱的读者,你一点都不需要感到郁闷,这些问题不但困扰你,同样也曾经困扰着比我们聪明十倍的大科学家们,那个双胞胎到底孰老孰少的问题也曾经引发过全世界范围的大讨论。

要搞清这些问题,不是我三言两语就能说得清的。请你系好安全带,我们的旅程才刚刚过半,更刺激、更惊险、更不可思议的故事和风景还在前面等着我们。犹豫什么,这就跟我继续出发吧!