那我也來談一談好了..
首先..我先承認我的專長不是研究相對論
我只有大學修過一年的狹相和廣相.
因此我的程度應該是介於科普和專家之間..
這篇文章主要是要講一些入門的東西
因此我不提數學式(其實我數學也忘光了). 只做現象描述
如果有地方說得不好..還請專家指教
1.相對論和牛頓力學有何不同?
傳統力學是以牛頓三定律所組成, 最大的特性就是伽利略結構, 亦即是這個世
界是絕對的, 因此有絕對靜止存在. 故能訂出絕對速度. 也因此在古典力學中
空間和時間是分離的. 空間的位移跟時間的變化無關.
2.光速是有限的, 並且不隨座標系而改變
這是一個很重要的里程. 在很早以前, 人們認為光速是無限的. 後來經實驗證
明光速是有限的. 另外, 假如甲手上拿一顆球坐在火車上, 那麼甲看到的球是
靜止的, 而月台上的乙(絕對靜止)看到的球卻是在運動的. 很顯然的兩個人看
到的速度不一樣. 但卻可以透過伽利略轉換, 把球在各個座標系觀察到的速度
給求出來. 但是, 對於光卻不是如此. 經過實驗證明, 不管你在哪邊, 火車上
或月台上量到的光速都是一樣的. 於是, 這引發愛因斯坦的興趣, 對於物理學
的最基本特性: 空間和時間的絕對性重新檢視.
因為速度的定義是: 位移 / 時間. 如果我在不同地方的時間都一樣, 但看到
的位移不同, 應該看到的速度會不相同. 何以光速會相同? 唯一合理的懷疑就
是對時間和空間的概念有問題.
再者, 位移又是如何量出? 如果東西是靜止的, 很簡單. 拿一把尺在車頭量一
下, 再到車尾量一下, 最後相減就 ok. 但是. 如果車子正在跑呢? 就需要兩
個人, 等車子通時, "同時"量完車頭車尾座標後, 把答案相減就好. 問題是,
同時要如何定義?
拿手錶對時? 如何對? 想像..今天我十二點時, 給你傳個訊號, 你收到訊號
後, 也把你的錶調成十二點就好了. 如果光速是無限的, 這個做法沒有錯.
可惜光速是有限的, 訊息傳播需要時間. 因此..等你調到十二時, 我的時間
又跑掉了. 或許你會說, 把光傳播的時間考慮進去就好. 矛盾就來了. 光的
傳播時間和光速有關, 速度的定義又和你現在要測量的長度有關. 長度測量
又回到跟時間有關.
所以答案已經呼之欲出了. 時間和空間應該不是絕對的. 也不是相互獨立的.
因此, 愛氏將之稱之為時空. (請版上某些人不要再稱為時間和空間了)
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