理解相对论的重要的"前三关"

abada

国内曾经和不断继续涌现的反相对论者, 往往不断地卡在相对论的"前三关"没有过上.

相对论的"前三关", 其实需要的是伽利略的相对论就够了. 伽利略的相对论延伸下去, 才是狭义相对论. 狭义相对论延伸下去,才是广义相对论. 可惜大量的人连伽利略相对论那"三关"都没有过.

第一关: "垂直"的相对性.

“垂直”与否是相对的, 这个基本的道理要入门.

你在奔驰的车上, 垂直向窗外扔出一块石头, (忽略空气阻力), 你看石头的轨迹是垂直于车飞出了窗外, 那么, 地面上的人看石头的运动的轨迹, 却是不垂直于车的.

飞行员仍炸弹, 都要提前扔. 飞行员看炸弹是”垂直地”下落的. 而地面上的人看炸弹, 是斜着飞的. 因为炸弹有个跟随飞机方向的惯性运动分量.

垂直性的相对论, 在牛顿, 伽利略那里, 也是基本的知识. 如果中学课堂上老师没有讲明白这个, 那么是基础教育的悲哀.

可惜的是, 大量的反相论者, 就是这个坎都过不去而造成的.

"垂直"的相对性, 是推导洛伦兹变换的基础之一. 缺乏这个相对性, 不但狭义相对论,就连伽利略都难理解.

第二关: 直线与曲线的相对性

在奔驰的列车上拍皮球, 皮球的轨迹,在列车上看是直线, 而在地面上看, 是一个接一个的抛物线.

争论到底是"直线"还是"抛物线", 是没有意义的. 这是个相对性的问题. 不指定参照系, 就不会有答案.

第三关: 同一地点的相对性.

在匀速运动的地铁上看，垂直拍皮球每一次皮球都落在地铁地板的同一地点上；而在站台上看，皮球每一次都落在地面坐标或铁轨坐标的不同地点上。

皮球落到最低点的位置, 每次到底是在同一个地点,还是不在同一个地点呢?

这同样是个相对性的问题.

这三个问题都还没有涉及狭义相对论,都是伽利略范围的相对性问题. 但是, 垂直的相对性是推导狭义相对论洛伦兹变换的基础之一,同一地点的相对性又是爱因斯坦的同时性的相对性的基础之一.

刻舟求剑的故事, 强化了绝对空间的概念,对理解相对论是不好的成语故事. 刻舟求剑者,选择舟坐标记录剑掉下的位置,其实没有错.他至少可以告戒后来者:这里容易掉东西. 如果是为了事后找剑,那么GPS定位也没有用---剑在掉后同样会随波逐流.

掉剑是一个物理事件,这个事件在舟坐标,和地球坐标,时间地点的记录可以是独立进行的, 都没有错误.

从这个观点来说, 刻舟求剑者没有愚蠢的错误, 而无故嘲笑之者才有愚蠢的错误.

掌握这三关, 应当是中学物理的基本内容之一. 可惜的是, 我们的中学教育不很成功, 导致大量的反相者由于没有掌握这些最基本的常识, 而质疑爱因斯坦的相对论. 其中还包括石油钻探领域的教授,博导.其实他们的问题停留在伽利略相对论里也过不了关.