《狹義相對論》

      第5章

   時間的延緩

狹義相對論改變了有關時空的概念。

先來討論時間。

過去認為，時間是以同樣速度通過任何地方的。

但是，依照狹義相對論，時間概念是要改變的。

這種改變的數學基礎來源於勾股定理，

即，

‘直角三角形’的兩條直角邊的平方

等於斜邊平方。

【圖解·勾股定理】

直角三角形兩條直角邊的長度的平方之和

等於斜邊長的平方。

設 a為3；b為4；c為5

則 3²+4²=5²

一  投球遊戲和光的運動

現在，假設有一艘接近光速飛行的宇宙飛船，

它在空中作與地面平行的等速運動。

如下圖所示，

宇宙飛船內的手電筒 

從船內一側的  A點   

射向船內另一側的 B 點

從宇航員的眼裡看來，

光，相對於飛船前進方向，垂直地

從A點向着B點傳播着，   

如下圖所示：  

    (在天上的宇航員看到光的傳播情況)

那麼，站在地上的人，

將會看到怎樣的情況呢?

站在地的人將看到：

從A點射出的光，

不是與飛船前進的方向垂直地傳播:

而是如圖示那樣，

稍微往前傾斜地傳播到 B’點

【B上加一個撇（’）】

                   (地上人看到的光的傳播情況)

之所以產生這樣的情況，

是因為， 從 A 點射出的光，

到達  B  點時，由於飛船的前進，

   (地上人看到的光的傳播情況)

使  B 點，往前移動到   B’ 點。

上述情況，

與我們日常可以體會到的現象相仿佛。

例如，

我們可以用等速前進的列車    

來代替宇宙飛船：

我們讓2個孩子玩‘投球遊戲’

（他們分別站在車廂兩側的座位邊兒上）。

列車內的乘客可以看到，

孩子們相對於“列車前進方向”垂直地投着球。

想象：拍黃瓜，“啪”地一聲，

將一根黃瓜拍扁在菜板上……，

如是：

您也可以想像將一個‘三維空間’，

“啪”地一聲，

“拍”成一個‘二維平面坐標系’——

如圖所示：        

列車內的情景：

乘客看到的是孩子們相對於“列車前進方向”

垂直地投着球；

這時，在列車之外，有一個站在地面上的人，

如果叫他來看這場投球遊戲，

那麼，他將看到：

球，不是隨着與列車前進相垂直的方向飛，

而是偏着前進方向傾斜地在飛。

理由是，一方投出的球，在到達另一方時，

列車已經向前移動了一段距離。

如果我們把這個作低速運動的球，

改為是一縷光   

那麼，這個原本是作低速運動的投球遊戲，

就與前述的宇宙飛船內有關手電筒的實驗相類似了。

下面就讓我們來說一說

有關作極高速運動的時間的問題。

未完待續，謝謝。