相对论复杂化 （一）

常常问我何谓相对论，但又不想思考的学生们，请参考此篇。

常常希望我以他们能了解且有趣的方式介绍相对论的学生们，请参考此篇。

根本不知何谓相对论的学生，在问我之前，请参考此篇。



谢谢。



（注：以下多数论理，方程式，甚至是故事性质的解说皆由前者、贤者所述/提供，我只不过是蜻蜓点水而已，更没想有画龙点睛之效。）



（注二：为了对前者、贤者的尊敬，我将竭尽所能，指出论理是由何人所提供。)

1）距离、时间与速度的关系

小学六年级科学课程第三课--移动(motion), 为我们初步解说距离、时间与速度的关系。不少老师或参考书出版商更以一些特别方式帮助学生了解，例如三角关系，图表解说等。

当学生再次的接触距离、时间与速度的关系且利用数学计算此项关系是在FORM 3 数学课。

然而，真正比较科学的了解距离、时间与速度的关系是在FORM 4 的物理第二课。
[velocity is defined as the rate of change of displacement]

从中我们得知以下这个方程式：速度 = 距离/时间。

2）没有“绝对”

没有绝对(zero absolute)是什么？

例子（一）：
槟城恒毅中学的校规：学生穿袜子的高度/长度不可低于4 cm.
槟城女子中学的校规：学生穿袜子的高度不可高于x cm.
对于恒毅来说，绝对的不能过低。
过低就犯规了。
反之，对于槟华来说，绝对的不能过高。
过高就犯规了。
对于外人来说，根本就找不到绝对。
所以高低是没有绝对的。

例子（二）：
某某国国王：你如何把此箭变短？
某某智者：把一支较长的箭放在旁作比较。
所以长短是没有绝对的。

例子（三）：(Albert Einstein' s quote)
把你的手放在滚热的炉子上一分钟，感觉起来像一小时。
坐在一个漂亮姑娘身边整整一小时，感觉起来像一分钟。
所以时间也是没有绝对的。

3）形容词

所有形容词的意义赖于两者之间的比较。

如果世上只有一个女人，美丑将失去其意义了。
因为那女人可以说是美，也可以说是丑。
没有更美的与她比较，当然可称她为美；反之，也因为没有更丑的与她比较，我们也可称她为丑女。

大小，解释起来更明显：

（当然这里是指物质的大小关系。 ）

月亮比地球小，地球比太阳小，太阳比太阳系小，太阳系比银河系小，银河系比宇宙小，宇宙比“还不知什么东东”小...

所以需要两者的比较，形容词才有意义。

4）恒数

科学以科学方式（实验、猜测等）找到的一些恒数，如万有引力常数(universal gravitational constant, G = 6.67428 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2)

其中最和相对论有关系的是光在真空的速度(c = 3. 0 x 10^8 m s^-1)

5）光速

如果A与光源都处于静止状态，光的速度对A而言将无疑是c.
如果A与光源不处于同样状态（即不同速度），光的速度对A而言还是c.

爱因斯坦有两大公里(postulates):
a) 相对性原理--物理定律在所有参考系中都有相同的形式。
b)光的速度并不是一个测量值，而是一个定义。

所以，以上两种情况，光速对于A而言拥有相同的值，即是c.

6）毕达哥拉斯定理(Pythagorean Theorem)

回到中学课程，FORM 2 数学该学过这个吧！

7）资源整合

A在走动中（向右）的火车上把手电筒从火车里最低点往上照在火车里最高点的一面镜子。（读多几次）

我们姑且先来了解以上情况：
a) A在火车里，所以A和火车的运动状态一样。
b) A或火车走动的速度我们称为v
c) 光速对于A而言始终是c
d) 让光由下至上，再由上至下的来回走动一次，然后记录所费的时间，t(A).
e) 车底到车顶（即光源到镜子）的距离为d.

（读者如能把以上所说画成图，将更容易理解）

f) 最后我们得到：t(A) = 2d/c (光所需的时间=所走过的距离/光的速度）

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B是在火车外的观察者。他观察和记录他对于A的情形。

a) 对于B和火车里的光，他们并不在同样的状态。火车走动，B静止。
b) 虽然如此，根据爱因斯坦公里，光速对于B而言还是c. （和A一样）
c) 对于B而言，火车在走动，光并不是纯粹由下至上，由上至下来回走动而已。（紧记B没动）
d) 所以对于B而言，当光从光源射出时，不止向上，同时还将跟随火车走动的方向向右行驶，变成一种斜线路线。（一边向上，一边向右）
e) 所以对于B而言，光所走的距离将不止2d，而是更长。
（学生可自用Pythagorean Theorem得到答案。)

f) t(B)呢？

集合A和B的情况，爱因斯丹利用数学，把他们公式化。

文字化的解释是：

既然光速是一样的（对A和B），而光所走的距离却不一样（对A和B），基于简单的距离、时间与速度的关系：时间不可以一样！！！（对A和B）

也就是说，时间是没有绝对的，同样的情况，对于不同观察者而言，时间居然有快慢之分！

我强调，同样的情况，同样的光速，对于不同状态的观察者，就产生了不同的距离感，而形成了不同的时间感。

这就是相对论最引人深思的一环。(time dilation)

“移动中的时钟走得慢”

所以，山中方七日，世上已千年，是绝对有可能的。

（待续）